钨因其高熔点、导电导热性好、低溅射腐蚀速率、热膨胀系数小、蒸气压低以及高温下优良的高温强度等，而被选为面向等离子体材料。但是，在使用中钨块要求具有较高的致密度和较小的晶粒，这样的钨块通常具有较好的力学和热学性能，具有较高的抗热冲击性能。由于钨的熔点高，因此钨很难致密化，而且传统工艺制备的钨块其晶粒也较大。目前放电等离子烧结由于具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控、节能环保等鲜明特点，已经成为一种极具应用前景的材料制备技术。本文使用SPS法制备致密钨块并使用纳米碳化钽作为烧结活化剂和晶粒细化剂。通过使用不同的钨粉粒度，不同的碳化钽加入量来研究钨粉粒度和碳化钽对钨块致密化和晶粒大小的影响。
实验所用商业纳米钨粉粒径为30nm，含氧量为1.20%；商业亚微米钨粉粒径为200nm，含氧量为0.80%；商业微米钨粉粒径为3μm，含氧量为0.06%。纳米碳化钽是使用液相法制备得到的，其粒径约为50nm，有一定的团聚，残余碳含量<5%。分别称量20.0g粒径为30nm、200nm、3μm的钨粉，向不同的试样中分别添加质量分数为0%、1%、2%、4%的纳米碳化钽，使用玛瑙研钵混料20～30min，将混合后的粉末装入内径为20mm、外径为50mm的高强度石墨模具中，在模具和粉末之间垫有石墨纸，以上整个过程都在充有氩气的手套箱中完成。放电等离子烧结炉型号为SPS1050，将模具装入炉子，在真空中，以100℃/min升温至1500℃，再以50℃/min升温至1700℃，保温1min，随炉冷却。在烧结升温阶段施加压力为20MPa，随后逐渐增加至50MPa，保压一定时间，待到降温时，迅速泄压至20MPa。采用阿基米德排水法测量烧结试样的密度。采用SEM观察钨块晶粒的大小和碳化钽颗粒的分布。
使用SPS方法成功制备了高密度钨块，不加入碳化钽的试样最高相对密度可达96.4%，加入碳化钽的试样最高相对密度可达98.6%。加入的碳化钽能起到活化烧结和细化晶粒的作用，在30nm和200nm钨粉中加入碳化钽，添加量为2%时，试样的相对密度最大，而在3μm钨粉中加入碳化钽，添加量为4%时，试样的相对密度最大。使用不同粒径钨粉烧结钨块，得到的试样不仅密度不同，而且晶粒大小也不同。初始钨粉粒径越小，制备得到钨块的密度越小，晶粒平均直径也越小。使用颗粒粒径处于不同量级的钨粉制备钨块，其烧结收缩曲线具有不同的变化趋势。