[發明專利]一種具有微觀定向結構的銅鎢復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201810719302.2
• 申請日: 2018-07-03
• 公開（公告）號: CN108950289B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 劉增乾;談國旗;張哲峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C27/04;C22C1/08;B22F3/11
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

1.一種具有微觀定向結構的銅鎢復合材料，其特征在于，所述的復合材料由銅和鎢組成，以質量百分數計，鎢含量為30％～97％，其余為銅；所述的復合材料微觀上具有定向結構，表現為銅和鎢以片層形式沿特定方向相間排列，鎢的片層厚度為0.2～80μm，片層間距為0.1～100μm；

所述的具有微觀定向結構的銅鎢復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(A)漿料配制：將鎢粉體和添加劑加入水中并充分混合，得到均勻分散的水基漿料；

(B)冷凍鑄造：利用冷凍鑄造工藝處理漿料，使漿料中的水發生定向凝固，從而將鎢粉體和添加劑排擠到冰層之間，使其定向排列形成微觀片層結構；

(C)真空冷凍干燥：對凝固的漿料脫模后進行真空冷凍干燥處理，去除其含有的水分，得到具有微觀定向的片層結構的多孔坯體；

(D)去有機質和燒結：利用高溫處理去除坯體中含有的有機質，對去有機質后的坯體進行高溫燒結，得到具有微觀定向的片層結構的多孔鎢骨架；

(E)骨架熔滲：高溫下利用熔融的金屬銅浸滲燒結后的鎢骨架，以銅熔體填充鎢骨架孔隙，凝固冷卻后切除多余的銅，得到具有微觀定向結構的銅鎢復合材料；

所述的添加劑包括燒結助劑、有機粘結劑和分散劑，該燒結助劑為銅粉體，添加量為鎢粉體質量的0～18％，銅粉體的添加在不引入雜質的前提下促進鎢骨架的燒結；該有機粘結劑是羥丙基甲基纖維素、聚乙烯醇、聚乙二醇、蔗糖或瓜爾膠中的一種或一種以上，有機粘結劑的添加量為去離子水質量的0.5～15％；該分散劑是聚丙烯酸、聚乙烯亞胺、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉或DarvanCN中的一種或一種以上，分散劑的添加量為鎢粉體質量的0～12％。

2.根據權利要求1所述的具有微觀定向結構的銅鎢復合材料，其特征在于，所述的復合材料具有各向異性的力學性能和功能特性，沿片層方向表現出最佳的硬度、強度和電導率，其沿片層方向的硬度為1～4GPa，電導率為15％～85％IACS，室溫壓縮強度為200～1500MPa，500℃高溫條件下的壓縮強度為120～800MPa。

3.根據權利要求1所述的具有微觀定向結構的銅鎢復合材料，其特征在于，所述的復合材料中的鎢含量通過沿垂直于片層的方向壓縮真空冷凍干燥后的坯體或燒結后的鎢骨架加以控制，壓縮變形量為0～90％，壓縮變形量越大，最終制備得到的復合材料中的鎢含量越高；坯體的壓縮工藝為：用含有機質的溶液浸滲真空冷凍干燥后的坯體，坯體干燥后在其片層表面形成一層包覆的有機質，該含有機質的溶液為含質量分數為0.5～10％的聚甲基丙烯酸甲酯的丙酮溶液，然后沿垂直于片層的方向在有機質的軟化溫度以上壓縮坯體；在對壓縮后的鎢骨架進行熔滲前，按照所述的步驟(D)的操作對壓縮后的鎢骨架進行二次燒結處理以提高鎢骨架的強度。

4.根據權利要求1所述的具有微觀定向結構的銅鎢復合材料，其特征在于，所述的漿料混合工藝是攪拌、球磨或兩者的結合，鎢粉體、添加劑和水的質量比例范圍為1：(0.001～0.5)：(0.1～8)；其中：攪拌速度為10～400rpm，攪拌時間大于0.2h；球磨速度為10～500rpm，球磨時間大于1h，磨球和漿料的質量比大于0.05。

5.根據權利要求1所述的具有微觀定向結構的銅鎢復合材料，其特征在于，所述的冷凍鑄造工藝為：將漿料倒入模具中，通過對模具一端進行冷卻，使得漿料中的水沿模具自底向上發生定向凝固，沿凝固方向生長的冰晶將漿料中的鎢粉體和添加劑逐漸排擠到冰層之間，從而實現粉體的定向排列；模具的冷卻通過將模具與一端浸于冷卻劑中的銅板相連接實現，冷卻劑為液氮或干冰。

6.根據權利要求1所述的具有微觀定向結構的銅鎢復合材料，其特征在于，所述的真空冷凍干燥工藝為：將凝固的漿料脫模后置于冷阱溫度低于-30℃、真空度不超過10Pa的真空環境下，放置時間大于10h。