納米鎢銅復(fù)合材料的制備及其合成機(jī)理的探討.pdf

1、鎢銅粉末冶金復(fù)合材料是由高熔點(diǎn)、高硬度的鎢和高導(dǎo)電、導(dǎo)熱率的銅所構(gòu)成的“假合金”，因其具有良好的耐電弧侵蝕性、抗熔焊性和高強(qiáng)度、高硬度等優(yōu)點(diǎn)，目前被廣泛地用作電觸頭材料，電阻焊、電火花加工和等離子電極材料，電熱合金和高密度合金，特殊用途的車工材料(如火箭噴嘴、飛機(jī)喉襯)，以及計(jì)算機(jī)中央處理系統(tǒng)、大規(guī)模集成電路的引線框架，固態(tài)微波管等電子器件的熱沉基片。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)際應(yīng)用對(duì)鎢銅復(fù)合材料性能的要求越來越高。由納米W-Cu復(fù)合粉末制

2、備的W-Cu復(fù)合材料具有非常高的致密度(可達(dá)到近乎全致密)和高的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能，具有傳統(tǒng)常規(guī)方法制備的W-Cu復(fù)合材料所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。故本研究旨在通過成分設(shè)計(jì)、制備方法選擇、燒結(jié)制備過程中的合成機(jī)理以及工藝參數(shù)的優(yōu)化等方面的深入探討，研究關(guān)鍵的制備技術(shù)并生產(chǎn)出性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)鎢銅材料的、符合更高要求的工業(yè)用鎢銅復(fù)合材料。 本研究以W-15Cu為例，對(duì)其進(jìn)行制備方法的選擇、合成過程的機(jī)理探討以及關(guān)鍵工藝參數(shù)的優(yōu)化控制。本研究在仔細(xì)

3、分析各種納米粉體制備方法、燒結(jié)過程的頸長理論及液相燒結(jié)機(jī)理的基礎(chǔ)上，選用了具有良好工業(yè)化前景的直流電弧等離子體蒸發(fā)-凝聚法制備納米銅粉復(fù)合已經(jīng)工業(yè)化大批量生產(chǎn)的還原納米鎢粉，并對(duì)該復(fù)合粉體采用非常成熟的熱壓—液相燒結(jié)方式，制備出高性能的超細(xì)晶粒的W-Cu合金。 本論文簡單的論述了直流電弧等離子體蒸發(fā)-凝聚法制備納米Cu粉的大致原理和過程；描述了通過選用合理的工藝參數(shù)，實(shí)驗(yàn)成功的制備出顆?；境是蛐蔚?、排列疏松并且較為均勻的納米C

4、u粉(平均粒徑100nm)的過程。本論文通過SEM的觀察，研究了實(shí)驗(yàn)制備得到的納米Cu粉的粉體形貌以及W-Cu復(fù)合粉末中各組元的相對(duì)分布情況；分析了粉末粒度、純度、均勻度及搭配比例對(duì)制備過程和合金性能的影響。論文簡單的研究了冷、熱壓過程中，壓制壓力在壓坯中的不均勻分布現(xiàn)象，較深入的研究了壓制壓力與壓坯密度的關(guān)系。論文分析探討了W-Cu復(fù)合材料的致密化過程和燒結(jié)頸部的生長機(jī)理。按照溫度上升的順序分析探討了燒結(jié)體發(fā)生的回復(fù)、再結(jié)晶、液相流動(dòng)

5、、固相溶解與再析出以及晶粒的長大等過程。文中還分析了燒結(jié)過程中晶粒的異常長大、銅的損耗以及燒結(jié)體中雜質(zhì)分布等現(xiàn)象。通過一系列的燒結(jié)實(shí)驗(yàn)以及對(duì)燒結(jié)過程的分析探討，總結(jié)了采用熱壓—液相燒結(jié)法制備納米W-Cu復(fù)合材料的最佳工藝參數(shù)。 研究發(fā)現(xiàn)，在粉體壓制的過程中，隨壓制壓力的上升，壓坯密度相應(yīng)增加，并且基本符合雙對(duì)數(shù)方程的直線關(guān)系；納米W-Cu復(fù)合粉體的燒結(jié)過程主要是液相燒結(jié)過程，也是鎢晶粒長大、移動(dòng)和銅相擴(kuò)散的最重要階段。燒結(jié)頸部的

6、長大主要通過表面擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散、以及體積擴(kuò)散這三種方式進(jìn)行。鎢晶粒的長大方式初步確定為合并的長大方式。燒結(jié)溫度過高或升溫速度過快均容易導(dǎo)致晶粒的異常長大，并且燒結(jié)組織中的雜質(zhì)主要聚集在燒結(jié)組織中無法完全收縮的大孔洞內(nèi)。試驗(yàn)在最佳工藝參數(shù)下制備得到了接近全致密的納米W-Cu復(fù)合材料，其致密度達(dá)到了15.94g/cm3，維氏硬度HV50=310～340，超過國內(nèi)目前正在使用的鎢銅復(fù)合材料的硬度約12％。本研究為高性能納米鎢銅復(fù)合材料的產(chǎn)業(yè)化