钨铜复合材料(钨铜合金)的制备方法

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钨铜复合材料(钨铜合金)的制备方法


钨铜复合材料是一种由钨颗粒和铜粘结相组成的复合材料。这种复合材料既具有钨的高强度、高硬度、低膨胀系数等特点,又具有铜的高塑性、良好的导电导热性等特点,因此具有重要的研究价值和广阔的应用前景,特别是在国防和尖端科学领域有特殊地位。
  钨铜复合材料是一种由钨颗粒和铜粘结相组成的复合材料。这种复合材料既具有钨的高强度、高硬度、低膨胀系数等特点,又具有铜的高塑性、良好的导电导热性等特点,因此具有重要的研究价值和广阔的应用前景,特别是在国防和尖端科学领域有特殊地位。
  钨具有高密度、高熔点、高强度、低热膨胀系数,而铜具有良好的导热导电性。这两种金属元素既不互相固溶也不形成金属间化合物,而且熔点相差很大,钨3410°C,铜1084.5°C,因此,采用传统的烧结方法制备全致密钨铜复合材料遇到了许多困难。目前研发的制备致密钨铜复合材料的方法主要有以下一些。
  一、熔渗法。其过程为:先制备出一定强度和密度的多孔钨颗粒骨架,再注入金属铜熔液,使其在毛细管力的作用下沿钨颗粒间隙流动并对多孔钨骨架的孔隙进行填充和润湿,从而获得致密的钨铜复合材料。该方法的关键技术之一在于制备结构均匀,对铜润湿性能好,杂质含量少的钨骨架。熔渗法在改善钨铜复合材料韧性方面强于其他方法。
  二、化学共沉淀法。其过程为:将浓硝酸在搅拌条件下加到硝酸铜溶液中,然后将混合溶液加入(NH4)2WO4溶液,在电磁搅拌作用下进行化学共沉淀反应,生成混合沉淀物,再经马弗炉焙烧、氢气炉还原后得到钨铜复合粉末,***后经模压成形、氢气炉烧结得到钨铜复合材料。与熔渗法相比,化学共沉淀法所制备钨铜复合材料导热导电性能更佳。
  三、机械合金化法。其过程为:将钨粉和铜粉进行配料混合后,装入球磨罐中进行高能球磨混合,达到预定时间后,将其取出进行压制成形,再经真空热压烧结后即得钨铜复合材料。该方法通过高能球磨使钨铜混合粉末经受反复破碎、冷焊以达到钨铜的机械合金化。机械合金化法可使钨铜复合粉末粒度减小,分布均匀,同时使金属表面活性更高,因而烧结性能更好。
  四、热压烧结法。其过程为:将钨、铜的混合粉末装到模具内,在一定的压力、温度下同时进行压制、烧结,得到钨铜复合材料。热压烧结法可以获得比熔渗法更高的烧结密度,并且可同时完成压制与烧结两道工序,大大降低了成形压力,缩短了烧结时间,所制备钨铜复合材料密度高且晶粒细小。
  五、共还原烧结法。其过程为:将钨、铜氧化物的粉末进行混合,再经压制,成形后在还原性气氛中进行烧结,即得钨铜复合材料。共还原烧结法因其所制备钨铜复合粉末的成分分布均匀而受到关注。
  六、溶胶凝胶法。其具体过程为:先使易于水解的钨酸铵和硝酸铜经水解与缩聚逐渐凝胶化而形成前驱体,再经干燥,煅烧和还原等后处理得到钨铜复合粉末。与熔渗法相比,溶胶凝胶法所制备的钨铜复合粉末的活性较大,纯度较高,粒径分布更均匀。
  从研发情况看,熔渗法是目前制备钨铜复合材料的主要方法;其他方法各有优点但还难以实现产业化