[發明專利]一種高致密性高導熱鎢銅材料的制備方法

有效

• 申請號: 201710404443.0
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN107236876B
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發明（設計）人: 陳進;曹佳欣
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: C22C1/04
• 分類號: C22C1/04;C22C1/10;B22F1/02;C23C16/26
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 馮亮

本發明公開了一種高致密性高導熱鎢銅材料的制備方法，包括：一、將鎢粉置于氫氣爐內進行還原；二、以銅靶為濺射靶材，對還原后的鎢粉進行磁控濺射，得到復合材料；三、將復合材料置于熱壓爐內熱壓燒結然后自然冷卻，得到前驅體；四、將前軀體置于化學氣相沉積爐內，以甲烷和水蒸氣的混合氣體為反應氣體，對前軀體進行化學氣相沉積，得到高致密性高導熱鎢銅材料。采用本發明方法制備的鎢銅材料的熱導率為220W/m·K～300W/m·K，密實度大于98％，拉伸強度為680MPa～692MPa，熱膨脹系數為4.3×10^?6/K～4.7×10^?6/K，硬度為180HV～186HV。

技術領域

本發明屬于鎢銅復合材料制備技術領域，具體涉及一種高致密性高導熱鎢銅材料的制備方法。

背景技術

鎢銅復合材料由具有高熔點、高硬度的金屬鎢和高塑性、高導電導熱性的金屬銅所組成；由于鎢銅兩相互不相溶，故兩者又屬于假合金。這使它既具有鎢和銅各自的特點，如在高溫下具有高強度和硬度，高的導電導熱性，好的抗電蝕性，良好的射線吸收能力(比鉛高30％～40％)，低的熱膨脹系數(只有鋼和鐵的1/2～1/3)和一定的塑性(15％)等；而且還可以通過改變復合材料中鎢銅兩相的相對含量來改變其機械和物理性能，以達到所需零件的具體要求。除此之外，它還具有兩相組合而產生的新的性能，如在溫度足夠高的環境中，復合材料中的銅相會產生蒸發而吸熱，零件能夠產生自冷卻作用。因此，它可以廣泛用于航空航天、國防軍工、電子信息、冶金和機械加工等各種行業，在國民經濟中占有非常重要的地位。

材料的高致密度是保證其優異性能的前提，但由于鎢銅兩相互不相溶，形成的是一種典型的假合金，故這種復合材料的制備只能通過粉末冶金的方法。但是通過傳統的粉末燒結方法所得復合材料的致密度比較低(95％以下)。通過各國研究者的不懈努力，現已發明了多種制備致密的鎢銅復合材料的方法，如：液相溶滲法，液相燒結法，活化液相燒結法。雖然在一定程度解決了致密性缺陷，但是由于液體銅在金屬鎢顆粒間的流動性差，因此鎢銅合金的致密性仍然不高，導致其機械性及熱導率較低。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種高致密性高導熱鎢銅材料的制備方法。該方法采用銅靶磁控濺射鎢粉，得到銅包覆的鎢粉，熱壓燒結成前驅體后進行化學氣相沉積，利用氣體的流動性強，反應氣體可以流動到前驅體的孔隙內并裂解生成碳納米管，從而增加了復合材料的致密性和熱導率，采用該方法制備的鎢銅材料的熱導率為220W/m·K～300W/m·K，密實度大于98％，拉伸強度為680MPa～692MPa，熱膨脹系數為4.3×10^-6/K～4.7×10^-6/K，硬度為180HV～186HV。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種高致密性高導熱鎢銅材料的制備方法，其特征在于，所述高致密性是指鎢銅材料的密實度大于98％，所述高導熱是指鎢銅材料的熱導率為220W/m·K～300W/m·K；

所述制備方法包括以下步驟：

步驟一、將鎢粉置于氫氣爐內進行還原以去除表面的氧化層；

步驟二、以銅靶為濺射靶材，對步驟一中還原后的鎢粉進行磁控濺射，得到復合材料；所述磁控濺射的真空室壓強為1.0Pa～9.0Pa，保護氣體為氬氣和氯化氫的混合氣體，磁感應強度為0.2T～0.3T，磁控濺射的時間為30min～60min；

步驟三、將步驟二中所述復合材料置于熱壓爐內，在氬氣保護下，溫度為1500℃～1600℃，壓力為10噸～15噸的條件下熱壓燒結30min～60min，然后自然冷卻，得到前驅體；

步驟四、將步驟三中所述前軀體置于化學氣相沉積爐內，以甲烷和水蒸氣的混合氣體為反應氣體，對前軀體進行化學氣相沉積，得到高致密性高導熱鎢銅材料。