溫壓成形和注射成形制備鎢銅復合材料研究.pdf

1、鎢銅粉末冶金復合材料是由互不相溶的W和Cu組成的假合金。它兼有W的高強度、高硬度、低熱膨脹系數(shù)和Cu的高導電、導熱性和高塑性等，具有良好的綜合性能。目前，被廣泛地用作電觸頭材料、電子封裝材料、熱沉材料、電熱合金、高密度合金、大規(guī)模集成電路的引線框架，以及軍事等尖端科學領域。 W-Cu材料通常通過粉末冶金液相燒結和熔滲燒結方法生產(chǎn)，然而上述傳統(tǒng)工藝難以獲得高致密、微觀組織均勻、形狀復雜的W-Cu合金，不能滿足現(xiàn)代科技對高性能W-

2、Cu材料的要求。本論文根據(jù)粉末溫壓成形、注射成形工藝的突出的技術和經(jīng)濟優(yōu)勢，及其在制備高密度鐵基粉末冶金材料和復雜形狀零件方面的成功應用，嘗試通過粉末溫壓成形來制備高密度W-Cu復合材料，通過粉末注射成形來制備復雜形狀的W-Cu復合材料，探索了制備高性能W-Cu復合材料的新途徑。 采用一種新型溫壓粘結劑對W-20wt％Cu粉末進行溫壓成形實驗，對W-Cu粉末的溫壓行為進行了系統(tǒng)的研究，其中包括溫壓溫度、壓制壓力、粘結劑含量，以及

3、粉末粒度等對壓坯密度的影響，并與冷壓成形壓坯進行對比。觀察了溫壓和冷壓壓坯及燒結體的顯微組織，并對燒結體的密度、電導率和硬度等物理、力學性能進行了測定。實驗結果表明：與冷壓成形相比，溫壓能夠明顯提高W-Cu粉末壓坯的密度和強度。在400MPa，170℃條件下溫壓壓坯的密度和強度分別可達10.68g/cm3和22.06MPa，比冷壓成形分別提高了0.55 g/cm3和12.45MPa。原料Cu粉粒度對溫壓壓坯的密度也有影響，在相同壓制壓力

4、下，采用D50為2.79μm細Cu粉的W-Cu壓坯的密度明顯高于使用D50為26.27μm粗Cu粉的壓坯密度。此外，本文還對燒結溫度、成形方式對W-Cu壓坯燒結行為和燒結體性能影響等進行了研究，對其燒結致密化機理進行了探討。結果發(fā)現(xiàn)，溫壓W-Cu壓坯的徑向燒結收縮率低于冷壓壓坯，但燒結體的密度仍高于冷壓成形的燒結體。W-Cu壓坯在1050～1250℃下于H2氣氛中燒結，隨著燒結溫度的升高，溫壓和冷壓燒結體密度不斷增大。在1250℃于H2

5、中燒結2h后，溫壓成形燒結體的相對密度可達95.86％，燒結體組織均勻，具有良好的物理機械性能，其硬度和電導率分別為249HV和33.67％IACS，均高于冷壓壓坯燒結體的硬度(242HV)和電導率(33.67％IACS)。 本論文的另一研究內(nèi)容是采用高密度聚乙烯(HDPE)基粘結劑體系，通過注射成形制備出了球形W-20wt％Cu合金。實驗中，對注射成形參數(shù)對成形坯質(zhì)量的影響、溶劑脫脂的時間和溫度對注射坯脫脂率的影響進行了研究，

6、并對熱脫脂升溫速率進行了優(yōu)化。通過掃描電鏡觀察了不同脫脂時間后脫脂坯及W-Cu燒結體的顯微組織。結果表明：較佳的注射工藝參數(shù)為：注射溫度180℃，注射壓力110bar，注射速度30％(占標準注射速度)，模具溫度50℃。粘結劑的脫除采用溶劑+熱脫脂兩步脫脂法，在溶劑脫脂過程中，隨著脫脂溫度的升高和脫脂時間的延長，脫脂率不斷增大。在55℃下經(jīng)溶劑脫脂11h后，注射坯中62.26％粘結劑被脫除；再經(jīng)550℃熱脫脂1h后，注射坯中粘結劑完全脫除