[发明专利]一种WC增强WCu双梯度结构复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了WC增强WCu双梯度结构复合材料的制备方法，具体按以下步骤实施：步骤1，称取W粉、Cu粉与不同质量分数的WC粉，加入酒精，混合，得到WC/W/Cu复合粉体；步骤2，将WC/W/Cu复合粉体使用层铺法在钢膜中按照W粉含量由小到大依次铺叠，压制成型，得到WC/W/Cu生坯；步骤3，将WC/W/Cu生坯在微机程控高温氢气气氛烧结炉中进行烧结，得到WC/WCu前驱体骨架；步骤4，将WC/WCu前驱体骨架富W端置于石墨坩埚底部，在微机程控立式氢气气氛烧结炉中进行渗铜，得到WC增强WCu双梯度结构复合材料。提高了复合材料表层的耐电弧侵蚀性、高温强度及耐磨性且不改变复合材料整体的传导性。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种WC增强WCu双梯度结构复合材料的制备方法。

背景技术

钨铜复合材料(WCu)由于同时兼备铜良好的导热、导电性能以及钨高熔点、高硬度和优异的耐电弧侵蚀性能，被广泛应用于高压开关、焊接电极、核聚变反应堆等领域，其在国防军工及航空航天上则成为制备穿甲弹药型罩及火箭发动机喷嘴、鼻锥等高温零部件的基础材料。

近年来WCu复合材料的应用范围不断扩展，对其性能提出了更高的要求。作为经典应用触头材料，随着高压开关的不断扩容以及开断频次的提高，迫切需求WCu触头材料具备更高的的耐电弧烧蚀能力及良好的高温强度、耐磨性，而以往单一均质的WCu复合材料难以满足其服役环境的迫切需求。已有研究表明，向WCu复合材料中添加稀土氧化物、碳化物陶瓷颗粒等，可以显著提高其耐电弧侵蚀性能、耐磨性等性能，其中碳化钨陶瓷颗粒与钨具有相近的熔点及线膨胀系数，较好的导电导热性能，被视为WCu复合材料良好增强体，但其弥散的分布会降低复合材料导电性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种WC增强WCu双梯度结构复合材料的制备方法，实现了基体及增强相分布呈现双梯度的结构，提高了复合材料表层的耐电弧侵蚀性、高温强度及耐磨性且不改变复合材料整体的传导性。

本发明所采用的技术方案是，一种WC增强WCu双梯度结构复合材料的制备方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，混粉：称取W粉、Cu粉与不同质量分数的WC粉，加入酒精，混合均匀，得到WC/W/Cu复合粉体；

步骤2，制备WC/W/Cu生坯：将步骤1得到的WC/W/Cu复合粉体使用层铺法在钢膜中按照W粉含量由小到大依次铺叠，采用液压机压制成型，得到WC/W/Cu生坯；

步骤3，烧结：将步骤2得到的WC/W/Cu生坯在微机程控高温氢气气氛烧结炉中进行烧结，得到WC/WCu前驱体骨架；

步骤4，熔渗：将步骤3得到的WC/WCu前驱体骨架富W端置于石墨坩埚底部，在微机程控立式氢气气氛烧结炉中进行渗铜，得到WC增强WCu双梯度结构复合材料。

本发明的特点还在于，

步骤1中W粉的质量分数为65～85％，Cu粉的质量分数为15～35％，W粉和Cu粉的质量分数之和为100％；WC粉占W粉的质量分数为0.5％～5％。

步骤1中W粉的平均粒度为8μm，Cu粉的平均粒度为60μm，WC粉的平均粒度为6μm。

步骤1中酒精的添加量为：每100gW粉、Cu粉和WC粉中加5ml酒精。

步骤1中混合的过程为：在混料机上以350r/min转速混料4h。

步骤2中铺叠的层数为5层。

步骤2中压制的条件为：压力为340MPa，保压时间30s。

步骤3中烧结的加热速率为10～20℃/min，烧结的目标温度为1200～1400℃，保温时间为0.5～2.5h。

步骤4中渗铜的温度为1350℃，加热速率为18℃/min，烧结时间为0.5h。