高比重鎢-銅復(fù)合材料制備及性能研究.pdf

1、高比重合金具有高強(qiáng)度、高硬度、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好、熱膨脹系數(shù)小、抗腐蝕和抗氧化性好、機(jī)械加工性和焊接性好等一系列優(yōu)異的物理性能和使用性能。鎢銅合金是一種以銅、鎢元素為主的兩相結(jié)構(gòu)的高比重假合金。因其兼具W和Cu的優(yōu)異特性，即具有高的抗電弧燒蝕能力、良好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，被廣泛用作大功率微電子設(shè)備中的電接觸材料和熱沉材料。 在高比重鎢銅合金的應(yīng)用過(guò)程中，鎢銅相的均勻分布是其高性能的基礎(chǔ)，鎢銅合金的一般制備方法為熔滲法和混粉液相燒結(jié)法

2、，然而由于鎢在液相銅中低的溶解度和鎢銅界面高的潤(rùn)濕角，材料難以燒結(jié)致密。同時(shí)熔滲法容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)缺陷，影響材料使用性能，一般添加少量的Ni、Co等元素可以提高材料的致密度，但這些活化元素的添加同時(shí)惡化了銅基體的熱學(xué)和電學(xué)性能，許多學(xué)者嘗試了不添加助燒劑，而是通過(guò)細(xì)化鎢粉顆粒和提高鎢銅粉末的均勻性來(lái)促進(jìn)液相燒結(jié)中的顆粒重排達(dá)到全致密。 本工作采用溶解度高的偏鎢酸銨和硝酸銅為前驅(qū)體，經(jīng)噴霧干燥后煅燒得到氧化物復(fù)合粉末前驅(qū)體，于行星式球

3、磨機(jī)中濕磨，再經(jīng)中溫管式爐在氫氣氣氛下還原，制備出超細(xì)、W-15Cu復(fù)合粉末，將得到的復(fù)合粉末在不同的工藝制度下通過(guò)高溫管式爐于H2氣氛下燒結(jié)得到高比重W-15Cu合金。其最高值抗彎強(qiáng)度為1109.6 MPa，維氏硬度HV0.1為2.4 GPa，熱導(dǎo)率為174.5 W·m-1·K-1。探討了鎢銅復(fù)合氧化物的還原機(jī)理，研究了鎢銅復(fù)合粉末的燒結(jié)行為。 為了進(jìn)一步探討燒結(jié)方式對(duì)鎢銅合金性能的影響，引入了放電等離子燒結(jié)(SPS)，初步探

4、索了合金在1150℃左右低溫條件下的燒結(jié)過(guò)程。最終通過(guò)SPS技術(shù)制得性能遠(yuǎn)優(yōu)于常規(guī)燒結(jié)的合金材料，其抗彎強(qiáng)度為1259.1 MPa，維氏硬度為3.79 GPa，熱導(dǎo)率為189.2 W·m-1·K-1。 研究了Y2O3作為晶粒抑制劑對(duì)合金性能的影響，結(jié)果顯示在最佳燒結(jié)溫度下，添加0.3wt.％Y2O3的W-15Cu合金抗彎強(qiáng)度達(dá)到最大值1128.6 MPa，添加0.5wt.％Y2O3的W-15Cu維氏硬度達(dá)到最大值2.78 GPa