钨铜复合材料的熔渗法制备工艺、组织形貌及性能研究

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钨铜复合材料综合了钨和铜各自的特性,如高的高温强度、高的导电导热性、好的抗电蚀性、较高的硬度、低的热膨胀系数和一定的塑性等,并且可以通过改变组成比例,控制和调整其相应的机械和物理性能,因此钨铜复合材料可以广泛应用于航天、电子、机械、电器等各个工业部门,特别是一些高技术的领域。本论文分别采用蓝钨造孔烧结钨骨架渗铜法、高温烧结钨骨架渗铜法、预混铜粉烧结钨铜骨架渗铜法制备钨铜复合材料,探讨了影响钨骨架烧结及熔渗的因素,并对材料的组织形貌、力学性能、导电导热性能进行了综合分析,所取得的主要研究结果如下:  (1)首次采用蓝钨造孔烧结钨骨架渗铜法制备了钨铜复合材料。研究结果表明,骨架的孔隙率可通过蓝钨的添加量进行调节,蓝钨可作为造孔材料以提高钨铜复合材料的铜含量;减小蓝钨的粒径可使渗铜后的复合材料组织均匀性更好,能有效改善材料中铜富集的现象;蓝钨的还原保证了通孔的形成并降低骨架氧含量,有利于提高钨铜复合材料的致密度;采用此种方法制备的W-25Cu复合材料致密度大于99%,计算可得其热导率为231W/(m·K)。  (2)采用高温烧结钨骨架渗铜法制备钨铜复合材料。研究结果表明,成型压力一致时,钨粉粒径较大(>1μm),骨架的致密度随烧结温度的升高而增大,随钨粉粒径的增大而减小;钨粉粒径太小时(<1μm),粉末表面能大、烧结活性高,在烧结过程中容易发生晶粒长大以及产生闭孔;要制备出组织均匀、具备一定强度的钨骨架,需根据含铜量要求及使用钨粉的粒径,选择适当的烧结温度;气流磨钨粉在1900℃烧结骨架制备的钨铜复合材料的电导率最低、硬度最高。  (3)采用预混铜粉烧结钨铜骨架渗铜法制备了钨铜复合材料。研究结果表明,各温度下骨架致密度随钨粉粒径增大而呈现不规则的变化;低温烧结骨架时,较大粒径钨粉(5μm、7μm、10μm)的骨架组织形貌对渗铜组织的影响较小;5μm钨粉中添加3%诱导铜粉,在1200℃烧结的骨架渗铜后组织更加均匀。
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