[發(fā)明專利]一種新型細(xì)晶鎢銅電極材料的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110031823.7
• 申請(qǐng)日: 2011-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN102161097A
• 公開（公告）日: 2011-08-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范景蓮;劉濤;田家敏;成會(huì)朝;高楊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F9/00
• 分類號(hào): B22F9/00;B22F3/16;B23H1/04
• 代理公司: 長(zhǎng)沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 黃美成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料領(lǐng)域和粉末冶金領(lǐng)域，涉及一種新型細(xì)晶鎢銅電極材料的制備方法。本發(fā)明所制備的細(xì)晶鎢銅電極材料特別適合用于電火花加工用電極材料，也可用于其它需要導(dǎo)電導(dǎo)熱性好的場(chǎng)合。

技術(shù)背景

W-Cu復(fù)合材料具有W和Cu的優(yōu)點(diǎn)，其密度高、熱膨脹系數(shù)低，導(dǎo)性好、導(dǎo)熱性好以及良好的抗電弧燒蝕性能，廣泛用作電極材料。

傳統(tǒng)的W-Cu電極材料方法一般為高溫液相繞結(jié)法和熔滲法。采用高溫液相燒結(jié)所制備合金材料的密度只有94-95％左右，添加Ni、Co等活化劑采用活化液相燒結(jié)，可以使致密度達(dá)到98-99％，但對(duì)合金的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性能有不利的影響。熔滲法是先制備鎢骨架，然后將Cu熔滲到鎢骨架孔隙中，雖然該種方法比高溫液相燒結(jié)法所制備的材料的導(dǎo)電導(dǎo)熱性要好，但熔滲法限制了合金的成分和零部件的尺寸、形狀，同時(shí)顯微組織結(jié)構(gòu)粗大，Cu容易滲出和分布不均勻，影響材料的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和材料的變形加工性能。

近年來(lái)，隨著機(jī)械加工技術(shù)不斷向高精度和高復(fù)雜度水平發(fā)展，對(duì)機(jī)械加工用鎢銅電極材料的提出了更高的性能要求，要求材料具有：(1)很低的氣體含量和很高的致密度；(2)良好的組織均勻性；(3)更高的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能；(4)更高的抗電弧燒蝕性。但這些特殊的要求使傳統(tǒng)方法制備的鎢銅材料已難以滿足。

利用納米復(fù)合技術(shù)制備超細(xì)/納米W-Cu復(fù)合粉末可以在很大程度上緩解W和Cu的相溶性，從而在燒結(jié)性能方面得到改善。本專利發(fā)明人在前階段已申請(qǐng)和獲得了一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專利“細(xì)晶鎢銅復(fù)合材料的制備方法”(專利號(hào)：ZL03143145.3)，在該發(fā)明中，將W和Cu元素粉末采用機(jī)械合金化制備納米晶復(fù)合粉末，將粉末成型和一步燒結(jié)制備密度大于98％，晶粒度為1-2μm的W-Cu復(fù)合材料。與傳統(tǒng)方法相比，該發(fā)明在材料致密度方面取得了很大的進(jìn)步，但采用機(jī)械合金化工藝，粉末成型性差，更重要的是容易引入其它夾雜而降低材料的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能。針對(duì)機(jī)械合金化在制備超細(xì)/納米W-Cu復(fù)合粉末方面存在的問題，本專利發(fā)明人發(fā)明了“一種超細(xì)鎢銅復(fù)合粉末的制備方法”(專利號(hào)：ZL200510031446.1)，在該發(fā)明中，采用溶膠-噴霧熱還原-兩步氫還原的方法制備出銅含量在40-60％的超細(xì)/納米W-Cu復(fù)合粉末，該粉末成型后能在低溫下一步燒結(jié)致密化，其材料致密度在99％以上，晶粒度在1μm以下。與機(jī)械合金化方法相比，該發(fā)明的粉末成型性好，而且粉末雜質(zhì)含量少，但是由于復(fù)合粉末中Cu含量較高，導(dǎo)致燒結(jié)后的W-Cu復(fù)合材料抗電弧燒蝕性能差，特別是用作機(jī)械加工用電極材料時(shí)，該方法制備的W-Cu材料中的Cu很容易被電弧燒蝕熔化和揮發(fā)，從而造成加工后的產(chǎn)品尺寸和表面精度差，不利于制備高性能的W-Cu電極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種新型細(xì)晶鎢銅電極材料的制備方法，以滿足電極用鎢銅材料的高致密、高組織均勻性、高導(dǎo)熱導(dǎo)電性和良好的抗電弧燒蝕性要求。本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備溫度要求低，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模化的工業(yè)生產(chǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：

一種新型細(xì)晶鎢銅電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：選擇鎢鹽和銅鹽，采用溶膠-噴霧干燥-多步氫還原方法獲得超細(xì)W-Cu復(fù)合粉末，所述的超細(xì)W-Cu復(fù)合粉末中，Cu質(zhì)量含量為20-30％，余量為W；

步驟2：在超細(xì)W-Cu復(fù)合粉末中添加0.2-3.0wt％的低分子有機(jī)物，再將添加有低分子有機(jī)物的超細(xì)W-Cu復(fù)合粉末壓制成電極壓坯；

步驟3：將電極壓坯在800-1000℃預(yù)燒，最后在1250℃-1400℃下燒結(jié)得到高導(dǎo)熱導(dǎo)電的W-Cu電極材料。

所述的預(yù)燒時(shí)間為1-3h；所述的燒結(jié)時(shí)間為0.5-3h。

所述的低分子有機(jī)物為：石蠟(PW)、聚乙二醇(PEG)、硬脂酸(SA)、聚乙烯醇中的一種或幾種。

有益效果：

(1)本發(fā)明的W-Cu電極材料組織細(xì)小且均勻，晶粒度在1μm以下，具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，熱導(dǎo)率為200-250W/(m·K)，電導(dǎo)率為25-30MS/m(IACS為43-52)，非常適合制備機(jī)械加工用電極材料。本發(fā)明制備的W-Cu電極材料致密度在98.5-99.5％。

(2)本發(fā)明采用納米復(fù)合技術(shù)提高了W-Cu復(fù)合粉末的燒結(jié)性能，使得燒結(jié)后的W-Cu復(fù)合材料的致密度大大提高；采用超細(xì)W-Cu復(fù)合粉末制備細(xì)晶W-Cu復(fù)合材料，提高了燒結(jié)后材料的組織均勻性，進(jìn)而提高W-Cu材料的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能。

具體實(shí)施方式