【摘 要】
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W-Cu复合材料具有高熔点、高强度、低膨胀系数等优点,被广泛应用在电触头、电子封装等领域,但由于W、Cu润湿性较差,常规粉末烧结工艺很难实现致密化,高温烧结容易造成Cu损失。熔渗法具有工艺简单、Cu含量可控、致密化程度高等优点,被广泛应用于W-Cu复合材料的制备。为了进一步提高W-Cu复合材料的性能,通常采用化学镀、掺杂强化、大塑性变形和结构改性等方式改善W-Cu复合材料的组织和性能。Y2O3颗粒
【基金项目】
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国家重点研发磁约束核聚变能发展研究专项（2019YFE03120002）； 国家自然科学基金国际合作重点项目（5202010501）； 安徽省国际科技合作计划（201904b11020034）； 合肥市自然科学基金（2021006）； 高等学校学科创新引智计划“清
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W-Cu复合材料具有高熔点、高强度、低膨胀系数等优点,被广泛应用在电触头、电子封装等领域,但由于W、Cu润湿性较差,常规粉末烧结工艺很难实现致密化,高温烧结容易造成Cu损失。熔渗法具有工艺简单、Cu含量可控、致密化程度高等优点,被广泛应用于W-Cu复合材料的制备。为了进一步提高W-Cu复合材料的性能,通常采用化学镀、掺杂强化、大塑性变形和结构改性等方式改善W-Cu复合材料的组织和性能。Y2O3颗粒具有抑制晶界扩散,降低烧结温度,阻碍位错运动,显著提高材料强韧性等优点,被广泛应用于W材料的掺杂改性。本文采用湿化学法制备的W-Y2O3粉末进行骨架压制,通过一步烧结熔渗法和分步熔渗法分别制备了W/0.5 wt%Y2O3-15 wt%Cu（以下简称为W/Y2O3-Cu）复合材料,详细探究了骨架制备工艺和熔渗工艺对组织和性能的影响。并对熔渗制备的W/Y2O3-Cu复合材料进行高温退火研究,探究不同退火温度对W/Y2O3-Cu复合材料组织和性能的改善效果。获得的研究结果如下:1.在1150-1450℃不同温度下烧结熔渗制备的W/Y2O3-Cu复合材料中,1350℃-3 h熔渗样品具有最佳组织均匀性和性能。在一步烧结熔渗过程中Y2O3颗粒不仅存在于W骨架中,还会进入Cu相中,Y2O3颗粒阻碍位错运动提高了W/Y2O3-Cu复合材料的强度。1350℃烧结熔渗样品的气密性、热导率、热膨胀系数和室温抗弯强度分别为1.36×10-10Pa·m~3·s-1、189.4 W/（m·K）、6.9×10-6/K、796.3MPa。2.W-Y2O3骨架致密度随压制压力和烧结温度的上升而上升,1550℃时骨架中细小W-Y2O3颗粒完全烧结,骨架组织均匀,孔隙连通,800 MPa压制,1550℃烧结2 h可以得到理论渗铜量为15 wt%的骨架。对于1150～1450℃熔渗的样品,在较低熔渗温度下熔渗不彻底,组织中有孔洞,在较高熔渗温度下,Cu相挥发同时伴随Cu的缩孔,降低了Cu网络的连续性,导热性能下降,因此随着熔渗温度的升高,热导率先增大后减小,在1250℃熔渗3 h制备的W/Y2O3-Cu复合材料具有最高的气密性、热导率。3.对1250℃-3 h分步熔渗的W/Y2O3-Cu样品在700-1000℃进行退火处理后,组织表现出良好的均匀性,随退火温度的升高,熔渗试样组织中残留的孔隙等缺陷被软化的Cu相填充,复合材料的致密度增大,继续升高退火温度则变化不明显。气密性受致密度影响,与密度具有相似变化趋势。复合材料的硬度随退火温度的升高先增大后减小,这是由于高温下Cu晶发生粗化导致的。退火降低了试样组织中的内应力,提高了复合材料的性能,900℃退火的W/Y2O3-Cu复合材料具有最高的热导率197.67 W/（m·K）,热膨胀系数为6.9×10-6/K,室温抗弯强度高达1169.7MPa。
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