[發(fā)明專利]一種高致密細(xì)晶鎢銅合金的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210578706.7
• 申請日: 2012-12-27
• 公開（公告）號: CN103045885A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李周;龐詠;邱文婷;向紫琪;肖韜;劉娜;雷前;李靈
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C27/04
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所 43114
• 代理人: 顏勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及鎢銅材料的制備方法，特別是指一直高致密細(xì)晶鎢銅合金的制備方法。屬于粉末冶金材料制備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鎢銅復(fù)合材料是由高熔點(diǎn)、低熱膨脹系數(shù)的鎢和高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率的銅組成的復(fù)合材料，綜合了鎢和銅各自的特性，因此，被廣泛應(yīng)用于電子封裝材料、熱沉材料、真空技術(shù)及航天領(lǐng)域等。用作電子封裝和散熱材料的鎢銅合金的理想結(jié)構(gòu)應(yīng)為高致密度,均勻分散的鎢顆粒形成連續(xù)的骨架,凝固態(tài)的Cu填充到鎢骨架的孔隙當(dāng)中,呈連續(xù)的三維連通結(jié)構(gòu)。

由于鎢和銅在固態(tài)與液態(tài)下都互不相溶，粉末冶金是制備鎢銅合金材料與制品的主要工藝途徑。目前傳統(tǒng)鎢銅合金的制備工藝有熔滲法、液相燒結(jié)、以及真空熱壓燒結(jié)等。熔滲法是先將鎢粉冷壓成坯，初步燒結(jié)制成鎢骨架，再在骨架上放置壓制的銅粉或銅塊，升至高溫，使銅熔化滲入鎢坯空隙中，從而制得鎢銅材料。由于在鎢骨架燒結(jié)過程中容易形成閉孔（1%~3%），因此不能獲得高致密的鎢銅合金，同時當(dāng)鎢含量較低時，難以形成穩(wěn)定的骨架，限制了該方法的應(yīng)用范圍。液相燒結(jié)主要是將鎢粉和銅粉混合均勻，并加入粘合劑冷壓成坯，再在1200℃以上的高溫下通過液相燒結(jié)直接獲得鎢銅復(fù)合材料。由于鎢和銅的潤濕性較差，為了致密化液相燒結(jié)過程中往往會加入少量的Ni，Co等元素改善其潤濕性，然而這些元素會使鎢銅合金的熱導(dǎo)率及導(dǎo)電率降低。固相熱壓燒結(jié)是指將W-Cu復(fù)合粉末置于惰性石墨模具內(nèi)，在加壓的同時使粉末在低于Cu熔點(diǎn)的溫度下燒結(jié)，能夠在較短時間內(nèi)燒結(jié)得到均勻的制品，是一種強(qiáng)化燒結(jié)方法。熱壓的最大優(yōu)點(diǎn)就是可以大大降低成形壓力和縮短燒結(jié)時間，同時制備出的鎢銅合金的晶粒較細(xì)，然而固相的Cu幾乎沒有流動性，制備的鎢銅合金的致密度一般低于98%。

為了解決傳統(tǒng)工藝存在的問題，目前國內(nèi)外研究了許多制備鎢銅材料的新工藝，這些新工藝共同的特點(diǎn)是制備出具有更大燒結(jié)活性的超細(xì)鎢銅復(fù)合粉末，再通過傳統(tǒng)的冷壓燒結(jié)工藝制備出高致密的鎢銅材料，對于超細(xì)鎢銅復(fù)合粉末的制備方法，主要有化學(xué)法和機(jī)械法兩種，其中化學(xué)法是對含鎢，銅的前驅(qū)物溶液通過噴霧干燥形成粉末或利用沉淀劑生成沉淀物，再焙燒形成氧化鎢和氧化銅的混合物，然后由氫氣還原生成納米鎢銅復(fù)合粉體，如專利200710118440.7，200710024801.1，201110007251.9等，這些方法雖能制備出納米鎢銅復(fù)合粉末，但工序復(fù)雜，且過程中使用或生成腐蝕性物質(zhì)（如濃硝酸，濃硫酸，二氧化氮等），對設(shè)備要求高，并容易造成環(huán)境污染。機(jī)械法主要是通過高能球磨粉碎鎢銅復(fù)合粉末，如專利03143145.3，通過高能濕磨制備出納米晶鎢銅復(fù)合粉末，然而在高能濕磨過程中，由于球磨介質(zhì)和表面活性劑的加入，一方面容易對粉末造成污染，另一方面這些試劑在顆粒表面形成液體薄膜阻礙了鎢銅的機(jī)械合金化。另外，在這些工藝中，都主要是圍繞生成納米鎢銅復(fù)合粉末進(jìn)行生產(chǎn)，燒結(jié)工藝依舊按照傳統(tǒng)的冷壓成形液相燒結(jié)工藝，燒結(jié)溫度一般在1200℃以上，時間也一般在2h以上，不利于形成晶粒細(xì)小，組織均勻的高致密鎢銅合金。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足而提供一種工藝簡單，制備的鎢銅合金組織均勻，氧含量低，晶粒小，致密度高的高致密細(xì)晶鎢銅合金的制備方法。

本發(fā)明一種高致密細(xì)晶鎢銅合金的制備方法，包括以下步驟：

第一步：原材料預(yù)還原處理

分別取純銅粉、純鎢粉在氫氣氣氛中預(yù)還原，純銅粉還原溫度為：400~500℃；純鎢粉還原溫度為：700~800℃；純銅粉、純鎢粉的平均粒度均為2~15μm；

第二步：球磨

將第一步所得純銅粉、純鎢粉混合均勻，置于密封球磨罐中，抽真空至10^-1~10^-2Pa，然后，向球磨罐中通入惰性氣體至常壓；首先，以400~500r/min的球磨轉(zhuǎn)速高速干磨后；再向球磨罐中加入占球、料總質(zhì)量0.1~0.2%的低分子助磨劑，然后，以125~200r/min的球磨轉(zhuǎn)速低速濕磨，得到高固溶納米晶鎢銅復(fù)合粉末；

第三步：再還原

將第二步所得高固溶納米晶鎢銅復(fù)合粉末置于氫氣氣氛中，加熱至700~800℃，保溫0.5~1.0h，進(jìn)行再還原；

第四步：燒結(jié)