[发明专利]一种钨铜复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种钨铜复合材料的制备方法，属于粉末冶金技术领域。

背景技术

钨具有高的熔点、高的密度、低的膨胀系数和高的强度，铜具有很好的导热、导电性，由钨和铜组成的钨铜复合材料兼具钨和铜的优点，而且可以通过改变其组成比例，控制和调整它各个相应的机械和物理性能，此外它还具有两者组合而产生的新性能，如它在高温条件下，由于所含有的铜的蒸发吸热而产生的自冷却作用。因此，它被广泛应用于航天、电子、机械、电器等工业部门，特别是一些高技术的领域。

钨和铜的熔点相差很大，钨的熔点为3410℃，远高于铜的沸点，且钨和同不互溶，因此钨铜复合材料只能采用粉末冶金方法制备，传统钨铜复合材料的制备工艺主要有熔渗法、高温液相烧结法和活化液相烧结法。

目前，熔渗法是传统制备钨铜复合材料中应用最为广泛的一种方法，熔渗法是将钨粉压制成坯，在一定温度下预烧制备成具有一定密度和强度的多孔钨基体骨架，然后将熔点较低的铜熔化渗入到钨骨架中，从而得到较致密钨铜复合材料。其机理主要是在金属液相润湿多孔基体时，在毛细管力作用下，金属液沿颗粒间隙流动填充多孔骨架孔隙，从而获得较致密的材料。如美国R.M.German等人采用注射成型技术制备钨骨架，经900℃预烧，在1500℃熔渗90～120min，制备得到的合金性能优良。然而采用此法存在很大的不足，具体表现在：由于钨骨架很难做到孔隙全部连通及大小一致，且熔渗后的产品铜相分布的均匀性较差，此外，熔渗后的材料需要进行机加工以去除富铜表皮，增加了后续机加工费用，降低了成品率，不利于形状非常复杂的零部件的加工。

高温液相烧结法是将钨粉和铜粉按一定比例混合、压制、液相烧结而制得钨铜复合材料的工艺方法。传统做法通常是在高于铜熔点300℃以上进行高温液相烧结使其致密化，特点是生产工序简单，但存在烧结温度高、烧结时间长、铜大量挥发、烧结密度低（仅为理论密度的90%左右）等缺点，无法满足使用要求。

活化液相烧结法是在高温液相烧结法的基础上发展而来的，通过在制备过程中加入微量的活化元素来提高烧结效果。J.L.Johnsom和R.M.German等人研究了过滤元素Fe、Ni、Co、Pb对钨铜复合材料的活化效果，与高温液相烧结法相比，降低了烧结温度，缩短了烧结时间，提高了烧结密度，但活化剂的加入降低了材料的导电导热性能，这对高导电导热性的微电子材料来说是不利的。

因此，开发一种新型的钨铜复合材料的制备工艺，来改善目前传统工艺存在的烧结温度高，烧结密度低，导电和导热性能不理想的问题，使其具有更高的致密度及优异的综合性能，拓宽钨铜复合材料在微电子信息等领域的应用，具有重大现实意义。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：针对采用传统工艺制备的钨铜复合材料烧结后，烧结密度低，导致产品导电和导热性能不理想的问题，提供了一种钨铜复合材料的制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

（1）按重量份数计，依次取80～100份钨酸铵，10～20份稻壳粉，30～50份无水乙醇，球磨混合4～6h后，于烘箱中干燥至恒重，得干燥球磨料；

（2）将上述所得干燥球磨料移入管式炉，于混合气气氛下恒温反应3～5h，待自然冷却至室温后，依次经碱液洗涤、水洗和真空干燥，得多孔钨粉；

（3）按重量份数计，依次取10～20份质量分数为3～5%硝酸钇溶液，80～100份质量分数为10%硝酸铜溶液，8～10份质量浓度为2g/L多巴胺，30～40份多孔钨粉，加入反应釜中，搅拌混合均匀后，再加入沉淀剂，随后经浓缩、干燥和无氧煅烧，得前驱体；

（4）将所得前驱体于氢气气氛中还原，得还原料，再将还原料在模具中压制成生坯，并将生坯于氢气气氛中离心烧结，再趁热急冷，即得钨铜复合材料。

步骤（1）所述的稻壳粉为粒径为325～500目稻壳粉。

步骤（2）所述的于混合气气氛下恒温反应条件为：以30～60mL/min速率向管式炉中通入混合气，于温度为600～800℃条件下恒温反应3～5h；所述的混合气为氩气和氢气按体积比为8：1～10：1混合而成。

步骤（2）所述的碱液洗涤为使用质量分数为10～20%氢氧化钠溶液洗涤3～5次。

步骤（3）所述的沉淀剂为质量分数为10%尿素溶液；所述沉淀剂用量为硝酸铜溶液体积的2～3倍。