水熱合成-共還原法制備鎢銅合金工藝研究.pdf

1、鎢銅合金因具有較強的機械物理性能、良好的耐電弧侵蝕性能、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和較強的微波吸收能力等，被廣泛應(yīng)用于電接觸材料、熱沉材料、電火花加工材料、耐電弧電極材料、重型電氣接觸材料、高密度集成電路中的散熱器材料等領(lǐng)域。然而W-Cu合金是由體心立方結(jié)構(gòu)的鎢顆粒和面心立方結(jié)構(gòu)的銅結(jié)合而成的復(fù)合材料，并且鎢、銅兩種元素不僅相互不固溶，又不能生成金屬間化合物，被稱為假合金。因此液相燒結(jié)和固相燒結(jié)都不易使燒結(jié)產(chǎn)品致密度高于98％，致使合金的結(jié)構(gòu)不

2、能適應(yīng)高技術(shù)應(yīng)用的鎢銅合金的要求，限制了它的應(yīng)用。近年來鎢銅合金的制備轉(zhuǎn)向了細顆粒鎢銅復(fù)合粉體的制備工藝方面。研究表明，粒度細小、成分均勻分布的粉體對以顆粒重排為燒結(jié)致密化主導(dǎo)機制的鎢銅體系影響甚大，有助于提高燒結(jié)致密化速度和燒結(jié)密度，最終得到高致密度的鎢銅合金，具有優(yōu)異的物理性能。本文提出了一種水熱合成-共還原法制備W-20wt.%Cu合金的新工藝，旨在制備出W、Cu兩種元素均勻彌散分布、保留溶液中分子級的混合狀態(tài)的復(fù)合粉體；同時要求

3、制備出的鎢銅合金粉體尺寸達到微納米級，滿足改善鎢銅合金的燒結(jié)性能的目的，以期制備出導(dǎo)熱導(dǎo)電性能優(yōu)異的高致密度鎢銅合金。以偏鎢酸銨（鎢酸鈉）和硝酸銅為前驅(qū)體材料，采用水熱合成法制備氧化鎢銅中間產(chǎn)物，氫氣還原制備出了W-Cu復(fù)合粉體，不同的放電等離子（SPS）燒結(jié)工藝制備出鎢銅合金，并采用X射線衍射、掃描電鏡和高分辨透射電鏡，對制得的粉體與合金進行了顯微組織表征和物理性能測試。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴以偏鎢酸銨和硝酸銅為前驅(qū)體原料

4、，采用水熱合成法制備的鎢銅氧化物復(fù)合粉體顆粒細小，易團聚，銅回收率低，只有20%-30%。降低pH值（pH=3~4）雖然可改善粉體顆粒的大小和均勻性，但銅回收率降低；提高pH值（pH=5~6）可使銅含量提高，但團聚現(xiàn)象加劇。此種前驅(qū)體材料與體系制備出的粉體銅含量較原始配比相差太遠，非理想前驅(qū)體材料。⑵以鎢酸鈉和硝酸銅為前驅(qū)體原料制備采用水熱合成法成功制備出了鎢銅復(fù)合粉體，銅含量基本無損失。調(diào)整前驅(qū)體混合溶液為堿性，pH值控制在9左右，水

5、熱反應(yīng)產(chǎn)物主要是由 CuWO4·2H2O與 Cu2WO4(OH)2組成的復(fù)合絡(luò)合物。在550℃下焙燒可以使水解產(chǎn)物完全分解成為由 WO3、CuO和 CuWO4-x組成的氧化復(fù)合粉體，球狀的氧化鎢銅復(fù)合粉體以氧化鎢為核心，外圍以氧化銅和鎢酸銅為殼。復(fù)合粉體形貌規(guī)則，呈球狀，顆粒粒度在2~5μm之間，分布較為均勻。氧化鎢與氧化銅相互依附生長。700~900℃下氫氣還原2h可制備出典型的銅包鎢結(jié)構(gòu)的復(fù)合鎢銅粉體，復(fù)合晶體粒度大約在70nm左右