[发明专利]一种纤维与颗粒混杂结构铜钨复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，涉及一种纤维与颗粒混杂结构铜钨复合材料的制备方法。

背景技术

为适应电力市场不断发展的要求，我国的高压开关设备正在向着高电压、大容量、小型化的方向发展。新的断路器容量将会不断地增大，而灭弧室的空间则不断缩小，从而使得弧触头单位面积上承担的负荷不断增大；同时，为了减少维修成本，对触头的寿命要求却越来越长，因此希望触头材料不仅具有优异的耐电弧烧蚀性能，而且应具有优良的高温强度。在传统的工艺上协同提高触头材料的高温强度和耐电弧烧蚀特性的空间很有限，如强化钨骨架的烧结、添加第三组元等，虽然可以提高触头材料耐电弧烧蚀特性，但是在多频次开断后，由于粉末是随机烧结起来，很难做到完整的连续骨架结构，导致烧蚀后钨骨架的强度不够，从而加重了烧蚀和磨损。

发明内容

本发明的目的是提供一种纤维与颗粒混杂结构铜钨复合材料的制备方法，通过向铜钨合金中添加纤维增强相形成纤维与颗粒混杂结构，实现多相强化从而提高铜钨复合材料的高温强度。

本发明所采用的技术方案是，一种纤维与颗粒混杂结构铜钨复合材料的制备方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，制备复合材料生坯：

将混合均匀的W粉和Cu粉与酸洗过的钨纤维网在冷压模具内分层铺布，对其进行预压制、保压，得到复合材料生坯；

步骤2，热压：

将步骤1得到的生坯装在可加压模具中，在气氛保护热压炉内通氢气进行热压；

步骤3，熔渗：

将经步骤2热压后的复合材料坯料在微机程控高温氢气气氛烧结炉中进行渗铜，即得到纤维与颗粒混杂结构铜钨复合材料。

本发明的特点还在于，

步骤1中W粉和Cu粉按质量百分比分别为W粉70％～90％，Cu粉10％～30％，以上组分质量百分比之和为100％。

步骤1中混合，具体为：将W粉和Cu粉以0.5～1：1的球料比在滚筒混料机中400r/min转速下混合6～8h。

步骤1中酸洗，是用HF对钨纤维网进行清洗，去除其表面的氧化膜。

步骤1中钨纤维网是由丝径40～60μm的钨纤维编织而成，其规格为30～100目。

步骤1中预压制要求为压制后钨纤维网间隔1～3mm，预压制压力为200～400MPa，保压时间为30～90s。

步骤2中热压参数，具体为：以15～25℃/min的加热速度加热到920～970℃后，对复合材料生坯在5～30MPa的压强下进行热压并保温10～60min。

步骤3中熔渗参数，具体为：以15～25℃/min的加热速度进行加热，当温度达到1300～1350℃时，保温30～120min后随炉冷却。

本发明的有益效果是，本发明在铜钨假合金钨骨架的制备过程中加入二维钨纤维网，通过对纤维与钨骨架界面的处理和控制合理的工艺参数使两者形成冶金结合，然后利用后续的熔渗铜工艺将钨骨架和纤维有机结合在一起，使纤维网对钨骨架起到类似加强筋的作用，从而使复合材料的高温强度显著提高。

附图说明

图1是本发明制备得到铜钨复合材料的结构示意图；

图2是本发明实施例3制备得到铜钨复合材料中纤维与钨骨架的界面微观组织图；

图3是本发明实施例3制备得到的铜钨复合材料与未添加纤维网的铜钨复合材料的高温抗压应力-应变曲线。

图中，1.钨纤维网，2.钨铜混合粉末。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种纤维与颗粒混杂结构铜钨复合材料的制备方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，制备复合材料生坯：

按质量百分比分别称取W粉70％～90％，Cu粉10％～30％，以上组分质量百分比之和为100％，将W粉和Cu粉以0.5～1：1的球料比在滚筒混料机中400r/min转速下混合6～8h；

将混好的复合粉末过筛去除杂质后与酸洗过的钨纤维网在冷压模具内分层铺布，按照压制后钨纤维网间隔1～3mm，对其在200～400MPa下进行预压制，保压30～90s后形成复合材料生坯。

钨纤维网是由丝径40～60μm的钨纤维编织而成，其规格为30～100目；分层铺布前用HF对钨纤维网进行酸洗，除去其表面的氧化膜。

步骤2，热压：