[發明專利]一種Mo－Cu復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 200710139441.X
• 申請日: 2007-09-11
• 公開（公告）號: CN101121972A
• 公開（公告）日: 2008-02-13
• 發明（設計）人: 白培康;胡保全;楊亞琴;王建宏;徐宏
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C27/04;B22F9/04;B22F3/16
• 代理公司: 山西五維專利事務所有限公司
• 代理人: 李毅

技術領域

本發明涉及一種Mo-Cu復合材料的制備方法，特別是涉及一種利用機械合金化法制備Mo-Cu復合材料的方法。

背景技術

Mo屬于高熔點(2620±20℃)難熔金屬，具有彈性模量、高溫強度高，蒸氣壓低，線膨脹系數小等特性。Mo-Cu復合材料是以Mo為基礎(含量為85～99％)，并添加導熱性能很好的Cu組成，其密度為9.7～10.1g/cm³。

Mo-Cu復合材料具有足夠的高溫強度，優良的抗高溫燃氣燒蝕性能和抗電弧腐蝕性能以及良好的抗熱震性能，因此可作為高溫結構材料、電觸頭材料、電火花加工電極材料等。Mo-Cu復合材料還具有高的熱導系數和合適的熱膨脹系數，可作為大功率器件的封裝材料，如半導體基片、模塊基片、高性能發動機零部件材料及其他熱沉材料。將Mo-Cu復合材料與其他金屬、陶瓷等復合，還可以制成性能過度變化的梯度功能材料。因此，Mo-Cu復合材料可廣泛應用于電力、電子、機械、冶金、航天、航空和軍工等行業。

作為軍工材料，除了要求Mo-Cu復合材料具有高的熱導系數外，還要求具有高的氣密性和嚴格的熱膨脹系數，這就需要Mo-Cu復合材料接近全致密。

傳統的Mo-Cu復合材料制備方法為高溫液相燒結法和熔浸法。采用高溫液相燒結法在常規燒結條件下制備的Mo-Cu復合材料難以達到期望的致密度與組織結構，相對密度只有94～95％左右。通過增加成型壓力來提高生坯密度，可以提高復合材料的最終密度，但僅在一定范圍內有效，且作用有限；提高燒結溫度也可使致密度明顯提高，但對燒結條件要求苛刻，并且高溫下晶粒尺寸變大，液相銅過分溢出，容易造成成分不均勻。熔浸法雖然可以獲得較高的致密度，但微觀組織控制困難，材料性能難以保證，且需要進行表面處理。

機械合金化(mechanical?alloying，簡稱MA)法作為一種新型的材料制備工藝，近年來備受關注。機械活化是機械合金化的前期，它通過高能球磨，使粉末在頻繁碰撞過程中發生強烈的塑性變形，因加工硬化而破碎，碎裂后粉末露出的新鮮原子表面又極易發生焊合，反復的破碎-焊合，使組織結構不斷細化，缺陷增多，活性增大，從而促進燒結，提高合金性能。因此，通過機械合金化方法制備Mo-Cu復合材料將有助于提高Mo-Cu復合材料的致密性能。

發明內容

本發明的目的就是提供一種利用機械合金化法制備Mo-Cu復合材料的方法。利用機械合金化法制備的Mo-Cu復合材料，不僅能夠滿足高性能發動機零部件材料及其他熱沉材料的使用要求，而且在高溫下具備有抗氧化性、抗腐蝕、抗蠕變、耐疲勞和變形小的特性。

本發明的Mo-Cu復合材料是由經機械合金化的Mo、Cu和Ni粉成型、燒結后制成，具體制備方法是：

1)Mo-Cu復合材料的原料組成成分為：

Mo粉85～95wt％，

Cu粉4.65～14.5wt％，

Ni粉0.35～0.5wt％；

2)將上述原料粉末放入不銹鋼球磨罐中，于球磨機上混粉30～40min，使粉末混合均勻；

3)向不銹鋼球磨罐中加入不銹鋼球，于氬氣保護下將混合粉末球磨20～30h，得到機械合金化復合粉末；

4)將機械合金化的復合粉末放入模具中，于40～50MPa壓力下保壓10～20min，壓制成壓型坯件；

5)將壓型坯件放入氫氣燒結爐中，以200～250℃/h的速度升溫至1100～1200℃，保溫1.5～2h，隨爐冷卻至室溫，出爐獲得Mo-Cu復合材料。

其中，作為原料粉末的Mo粉純度應≥99.5％，粒度為4～6μm，Cu粉純度應≥99％，粒度＜62μm，Ni粉純度應≥99.6％，粒度＜75μm。

機械合金化制粉工藝中，適合的工藝參數為：

球磨介質：不銹鋼球磨罐中加入的不銹鋼球的直徑為8～10mm；

球料比：不銹鋼球與混合粉末的球料比應為20∶1；

填充系數：不銹鋼球磨罐的填充系數應為0.4～0.5；

球磨機公轉速度(ω_R)：合適的轉速應為270～290r/min；

球磨機自轉速度(ω_r)：合適的轉速應為260～270r/min。

本發明在機械合金化制粉工藝過程中，還向球磨罐中加入少量乙醇作為工藝控制劑，乙醇的加入量占粉末總量的2～4％。

經機械合金化后的復合粉末顆粒呈等軸狀，平均粒徑大約為2.8μm。