[发明专利]一种钨/铜梯度材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，特别涉及一种钨/铜梯度材料及在超重力场中直接以熔渗技术制备钨/铜梯度材料的方法。

背景技术

钨/铜梯度材料是将钨的高熔点、高强度和良好的抗蠕变性能，与铜的高热导、高电导和良好的塑性等性能相结合的一种成分呈连续梯度分布的复合材料，它在电子、国防和核能源行业有较大的应用前景。从1985年来，许多研究者已经采用其他的方法成功地验证了钨/铜梯度材料的优异性能，但由于钨和铜属于完全不固溶的假合金，将此二种性能相差悬殊的金属进行连续梯度且致密地结合是业内的难点。

钨/铜梯度材料的制备多是基于烧结技术，工艺路线有三种。第一种是采用逐层铺设不同成分比的钨铜粉，在低于铜熔点的温度下加压烧结得到钨/铜梯度材料；此方法存在成分不连续梯度分布的问题，同时还存在致密化程度低、微观组织不均匀、成分受限制等问题。第二种是采用热压焊接不同成分比的钨铜合金获得钨/铜梯度材料；此方法也存在成分不连续梯度分布的问题，同时按照该工艺制得的钨/铜梯度材料存在较多焊接界面，降低了钨/铜梯度材料的整体性能。第三种是采用预制梯度钨骨架再熔渗铜的方式获得钨/铜梯度材料；专利ZL200410009297.4公开了一种熔渗-焊接法制备钨/铜梯度材料的方法，先制备梯度孔隙钨骨架，之后渗铜得到钨铜梯度分布的过渡层，最后通过热压焊接将钨/铜梯度层和纯钨连接；此方法工艺复杂，存在成本高、效率低等问题。

随着现代科学技术的发展，电子、国防和核能源领域对钨/铜梯度材料的性能要求越来越高，既要求钨/铜梯度材料的成分呈连续梯度分布，以便获得更好的钨/铜梯度材料的整体性能，又要求工艺简单，能满足工业化生产的条件。因此，研究制备高性能的钨/铜梯度材料的技术与应用是钨/铜梯度材料当前和今后发展的一个重要方向。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种钨/铜梯度材料；该梯度材料致密化程度高、微观组织均匀、成分连续梯度分布、整体性能好。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种钨/铜梯度材料的制备方法；该制备方法工艺简单，成本低，效率高。

为解决上述技术问题，本发明提供一种钨/铜梯度材料，所述钨/铜梯度材料中钨的含量和铜的含量呈连续渐变分布，从一侧到另一侧钨的含量逐渐增多，铜的含量逐渐减少。

所述材料中铜呈网络状分布，钨、铜良好接触。

所述钨/铜梯度材料中，从一侧到另一侧，钨的含量分布从0到85wt％。

进一步地，本发明提供一种钨/铜梯度材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将Al粉和Cu₂O粉末按照铝和氧化亚铜取代反应式的摩尔配比混合，研磨，压坯，得到铝热剂压坯；

2)将W粉松装入坩埚的底部，在其上面加入步骤1)得到的铝热剂压坯；

3)将坩埚放入超重力熔渗装置内，抽真空，超重力条件下，钨丝通电引发反应，得到钨和铜含量呈连续渐变分布的钨/铜梯度材料。

进一步地，所述Al粉的纯度≥98.5％，粒径10～150μm；W粉的纯度≥99％，粒径2～25μm；Cu₂O粉末的纯度≥99％，粒径10～100μm。

优选地，所述Al粉和Cu₂O粉末混合后进行湿磨处理0.5～24小时，其中湿磨介质为无水乙醇；再放入80℃～100℃的烘箱中干燥不少于4小时；之后再压坯，这样有利于均匀混合。

所述压坯是将原料粉成型压制，可选用除石墨模具外的其他模具进行压制。

优选地，所述步骤1)的成坯是将Al粉和Cu₂O粉末的混合物放入钢模压坯成型，成型压力为15～40MPa，受压时间为5～20min。

W粉松装入坩埚的底部，是因为松装不仅是有利于铜的渗入，而且有利于钨粉连续分布；一般地，铝热剂压坯完全覆盖住钨粉，以获得更好的渗透效果。

优选地，所述坩埚是石英坩埚；它的耐高温性能和抗热震性能好，且热导率低，不引入其它杂质。

进一步地，所述步骤3)是在超重力熔渗装置的真空度不大于200Pa，超重力系数不小于500G的条件下保持5～20min。

进一步地，所述制备方法还包括步骤4)：将制得的钨/铜梯度材料再经切割、打磨、抛光处理。

反应过程中生成的氧化铝在将坩埚从超重力熔渗装置中取出后即自然分离，得到的钨铜梯度材料中没有氧化铝存在。

本申请中，使用的超重力熔渗装置选自专利号CN101269972B中提及的装置。

本发明具有以下有益效果：