WCu和MoCu合金的SPS燒結(jié)與性能研究.pdf

1、WCu和MoCu復(fù)合材料，是由互不固溶的金屬W（或Mo）和Cu組成的偽合金，具有耐高溫、抗燒蝕、高導(dǎo)熱導(dǎo)電率和較低的熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，近年來在電觸頭、電極材料、電子封裝及熱沉材料、軍工和航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。隨著電子工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)高性能的WCu和MoCu復(fù)合材料的需求越來越迫切，但是鎢鉬與銅互不相溶，采用傳統(tǒng)高溫液相燒結(jié)工藝難以得到高致密度的WCu、MoCu復(fù)合材料。因此本文研究了通過溶膠-凝膠法制粉結(jié)合SPS燒結(jié)來制備高性能

2、的WCu和MoCu復(fù)合材料的新工藝，并系統(tǒng)分析了SPS特殊的燒結(jié)機(jī)制對(duì)WCu和MoCu合金液相燒結(jié)過程的影響。
　　 以偏鎢酸胺（或鉬酸銨）和硝酸銅為原料，檸檬酸為絡(luò)合劑的溶膠-凝膠法制備WCu和MoCu復(fù)合粉體。利用XRD和TEM對(duì)還原前后粉末的物相組成、形貌和粒度進(jìn)行分析。TEM顯示還原后WCu粉末粒徑在100nm左右，MoCu粉末粒徑在150nm左右，Cu相均勻包覆在鎢鉬顆粒表面。對(duì)氧化物粉體的還原性能和機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)地分

3、析。程序升溫還原（TPR）確定了氧化物粉體最佳的兩步還原溫度分別為500℃和700℃。紅外光譜（FT-IR）分析表明，氧化物粉體的化學(xué)鍵結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了新的Cu-O-W或Cu-O-Mo鍵，削弱了W-O-W或Mo=O鍵，使氧原子活性增強(qiáng)，導(dǎo)致了WCu和MoCu氧化物粉體還原性增強(qiáng)，還原溫度降低。
　　 采用SPS燒結(jié)技術(shù)成功制備出理想致密度的WCu和MoCu合金材料。系統(tǒng)研究了燒結(jié)溫度、燒結(jié)壓力和保溫時(shí)間等工藝參數(shù)對(duì)合金致密度的影響關(guān)

4、系。得到了SPS燒結(jié)WCu和MoCu合金的最佳工藝路線，即WCu合金燒結(jié)溫度1250℃，燒結(jié)壓力50MPa，保溫時(shí)間2min；MoCu合金燒結(jié)溫度1200℃，燒結(jié)壓力50MPa，保溫時(shí)間2min。SPS燒結(jié)出的WCu和MoCu塊體材料物理性能良好，WCu硬度263 MPa、電導(dǎo)率23.7MS/m、熱導(dǎo)率192 W·（m·K）-1，MoCu硬度223 MPa、電導(dǎo)率18.2MS/m、熱導(dǎo)率167W·（m·K）-1。
　　 通過對(duì)S

5、PS燒結(jié)曲線的分析，并結(jié)合理論計(jì)算，證明了SPS燒結(jié)WCu和MoCu合金的致密化機(jī)制為液相作用下的顆粒重排。SPS系統(tǒng)不均勻的溫度場(chǎng)和“自清潔作用”可以有效提高復(fù)合粉體的燒結(jié)活性，從而改善液相燒結(jié)效果。并利用兩顆粒簡(jiǎn)化模型，模擬計(jì)算了SPS液相燒結(jié)速率。
　　 分析了燒結(jié)顆粒微觀組織結(jié)構(gòu)的演化過程。在液相燒結(jié)階段，鎢鉬顆粒的粗化歸結(jié)于奧斯瓦爾德熟化。根據(jù)描述液相存在時(shí)顆粒粗化的LSW理論，推導(dǎo)出了平均顆粒尺寸隨液相燒結(jié)時(shí)間變化的