[发明专利]一种掺杂稀土氧化物的W-Cu复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域和粉末冶金技术领域，特别是采用纳米技术制备的一种掺杂稀土氧化物的W-Cu复合材料的制备方法。 

背景技术

由W和Cu组成的W-Cu复合材料兼具W和Cu的优点，即具有高密度、高声速、高热传导性、耐高温、抗烧蚀等特性，被广泛应用于电接触材料、火箭喷管喉衬材料和石油射孔弹材料等。而传统的W-Cu复合材料采用机械合金化+高温液相烧结或熔渗法，W-Cu复合材料致密度低、组织均匀性差、抗烧蚀能力弱，制约其在航空航天、国防军工等尖端技术领域的应用。 

根据目前对钨铜合金强韧化的研究成果可知，在钨铜合金中掺杂稀土氧化物是改善该合金性能的有效手段，因此获得均匀分布的稀土氧化物颗粒掺杂钨铜合金将是解决以上这些问题的有效方法。中国专利ZL200810017440.2，以铜粉、氧化钨粉、硝酸铈结晶体、硝酸溶液为原料，将铜、氧化钨、硝酸铈溶于硝酸溶液，并搅拌至浆状后，经干燥、Ce(NO3)₄裂解，WO₃和CuO热氢气还原等工艺，得到WCu-CeO₂的复合粉末；将该复合粉末经压坯、烧结、熔渗铜后即制得WCu-CeO₂触头材料。由于采用熔渗铜工艺，且渗铜温度超过1200℃，在局部区域易形成富铜区，真空电弧在富铜区域聚集导致局部熔化，引起铜液的严重飞溅，形成集中烧蚀区域，不能满足超高电压对触头材料使用要求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种掺杂稀土氧化物W-Cu复合材料的制备方法，制得的复合材料组织均匀细小、致密度高，且钨含量大于70％(指质量分数，以下相同)。 

本发明的目的是通过以下措施实现的： 

一种W-Cu复合材料，其特征在于：所述W-Cu复合材料的Cu含量为5～30wt％，稀土氧化物含量为0.5～2wt％，余量为W，以质量百分比计。一定含量的稀土氧化物有效阻滞在高温液相烧结阶段W-W间的聚集，从而减少孔隙长大，同时稀土氧化物能钉扎位错等，使W、Cu相扩散速率基本相当，提高材料致密度、韧性等。 

上述稀土氧化物包括三氧化二钇、氧化铈、三氧化二镧。 

上述W-Cu复合材料的制备方法，包括W-Cu粉末的制备、预制坯的压制、烧结、锻造步骤，其特征在于所述烧结为固-液复合烧结方法，固相烧结温度为900～1050℃，烧结时间为30～60min；液相烧结温度为1100～1300℃，烧结时间为60～120min，保护气氛为氢气。优选地，固相烧结温度为1000～1050℃，烧结时间为30～45min；液相烧结温度为1150～1200℃，烧结时间为90～120min，保护气氛为氢气。一方面使钨铜充分扩散，提高坯料的均一性；另一方面降低烧结膨胀变形，以及铜的挥发，保证成分的一致性和稳定性。 

上述W-Cu复合材料的制备方法，还包括烧结后的多向锻造，锻造温度为700～950℃，锻造时间为5～30min，变形程度60～80％。优选地，锻造温度为800～900℃，锻造时间为5～10min，变形程度60～70％。通过塑性变形，有效提高材料的延展性，减少烧结阶段的部分残余孔隙，保证材料的致密度和均一性。 

上述W-Cu粉末的制备包括混合原料配制溶液、雾化干燥、煅烧、高能球磨、热氢还原，其特征在于：所述混合原料配制溶液中，所述溶液的浓度为10～25wt％，调节溶液的pH值为3～4。优选地，所述溶液的浓度为15～20wt％，采用浓度为10％稀硝酸调节溶液的pH值为3.5。所述溶液稳定，无沉淀。 

上述雾化干燥中，进料口温度为250～400℃、出料口温度80～150℃，喷嘴旋转速度为10000～30000r/min。优选地，进料口温度为300～350℃、出料口温度100～120℃，喷嘴旋转速度为15000～30000r/min。大大降低复合粉体含水量(重量分数小于3％)，且粉体的收得率大于85％，保证了前驱体氧化物颗粒尺寸的均一性，并降低粉体的团聚性。 

上述W-Cu复合材料的制备方法，包括以下步骤：