[發明專利]一種低骨架連通度鎢銅合金材料及其制備方法

無效

• 申請號: 201110390548.8
• 申請日: 2011-12-01
• 公開（公告）號: CN102433480A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 劉金旭;李樹奎;郭文啟;呼陟宇;王迎春
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C22C27/04
• 分類號: C22C27/04;C22C1/04;B22F1/02;C23C18/40
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技術領域

本發明屬于粉末技術冶金領域，尤其涉及一種低骨架連通度鎢銅合金的制備方法。

背景技術

鎢銅合金由高熔點、高硬度的鎢和高導電、導熱率的銅所構成的偽合金，具有良好的導電性、抗熔焊性和高強度、高硬度等優點，目前在電子、軍工、航天等領域有著廣泛的應用。隨著科學技術的發展，工業實際應用對W-Cu材料性能的要求越來越高。

傳統的鎢銅合金一般由高溫液相燒結法和熔滲法制備。高溫液相燒結法制備鎢銅合金是通過在銅熔點以上的高溫液相燒結使其致密化。其特點是生產工序簡單易控。但缺點是燒結溫度較高、燒結時間較長、燒結密度較低(只為理論密度的90％～95％)和燒結性能較差，難以滿足使用要求。熔滲法是將鎢粉壓制成坯塊，在一定溫度下預燒制備成具有一定密度和強度的鎢骨架，然后將熔點較低的金屬銅熔化滲入到鎢骨架中，從而得到較致密的鎢銅合金的方法。但銅含量較低的鎢銅合金利用熔滲法難以制備，且銅容易發生不均勻分布，影響材料的導電導熱性能與力學性能。

隨著大規模集成電路、大功率電子器件和航空航天材料的發展，對鎢銅合金的性能也提出了更高的要求，要求材料具有：(1)高的密度與致密度；(2)更高的導電與導熱性能；(3)更好的耐高溫耐燒蝕性能；(4)更好的的力學性能，尤其是抗拉強度和韌性。利用傳統方法制備的鎢銅合金已經難以滿足這些特殊的要求。

利用鎢銅復合粉末制備鎢銅合金可以部分程度上改善上述問題，例如機械化合金法、溶膠-凝膠法等，但成分混合不均勻的問題并沒有從根本上得到解決。

采用化學鍍的方法制備W-Cu復合粉末，在鎢粉表面包覆一層均勻、致密的銅鍍層。利用銅包覆鎢復合粉末制備的鎢銅合金可避免鎢顆粒之間的直接接觸，為制備低骨架連通度的鎢銅合金提供良好的基礎。化學鍍銅過程中的鎢粉表面處理、沉積速率等原理性問題已進本得到解決，如中國專利ZL200910083113.1。但實際生產鎢銅合金當中如何大幅提高鍍層厚度，使得鎢顆粒之間接觸程度盡可能低、如何通過控制混合粉末中不同粉末的比例以及等離子燒結溫度來得到具有低骨架連通度和高拉伸性能的鎢銅合金，還都屬于尚未解決的問題。

發明內容

為了解決以上問題，本發明的目的在于提供一種具有低骨架連通度與高拉伸性能的鎢銅合金的制備方法。

本發明的低骨架連通度鎢銅合金的成分質量百分比為：Cu含量為20％～40％，余量為W；優選80W％、20％Cu或75％W、25％Cu或70％W、30％Cu或65％W、35％Cu或60％W、40％Cu。

上述的具有低骨架連通度和高拉伸性能的鎢銅合金的制備方法如下：

步驟1：選擇適當粒徑尺寸的鎢粉(2～6μm)，利用HCl、SnCl₂、PdCl₂對原始鎢粉進行活化和敏化，活化劑為HCl和SnCl₂，濃度為5％～30％，活化時間為30～50min；敏化劑為PdCl₂，敏化時間為30～50min；

步驟2：采用化學鍍的方法制備銅包覆鎢復合粉，鍍液pH值為12～14，溫度為50～60℃，再利用行星球磨機將銅包覆鎢復合粉末與一定比例的銅粉進行混合，制成混合粉末，最終混合粉末中的質量分數百分比為Cu含量為20％～40％，W含量為60％～80％，球磨時間1～10h；

步驟3：采用放電等離子燒結技術對混合粉末進行燒結，燒結溫度800～1100℃，升溫速率50～150℃/min，保溫時間5min，最終得到具有高致密度和低骨架連通度的鎢銅合金。

上述的化學鍍鍍液的成分為五水硫酸銅、酒石酸鉀鈉、甲醛、氫氧化鈉、二聯吡啶當中的一種或幾種。

本發明相對于現有的鎢銅合金，其優勢在于：

(1)本發明首先對鎢粉進行表面預處理，使鎢粉具有較好的催化活性。化學鍍主鹽為CuSO₄·5H₂O，還原劑為甲醛。通過調整鍍液的pH值和反應溫度，提高鍍液的穩定性，并保證一定的反應速率，以得到組織分布均勻且鎢-鎢之間接觸程度低的銅包覆鎢復合粉末，這為制備具有低骨架連通度的鎢銅合金提供了良好的基礎。

(2)為了進一步降低鎢顆粒之間接觸程度，在燒結前將復合粉末再與一定比例的銅粉進行混合，將混合后的粉末放入特制的模具中進行放電等離子燒結，放電等離子燒結為固相燒結，可以增強鎢銅兩相自身的活性，改善兩相之間潤濕條件，有效利用粉末內部的自身發熱作用而進行燒結，從而得到具有低骨架連通度的鎢銅合金。