温压成形和注射成形制备钨铜复合材料研究

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1、温压成形和注射成形制各钨铜复合材料研究摘要钨铜粉末冶金复合材料是由互不相溶的W和Cu组成的假合金。它兼有W的高强度、高硬度、低热膨胀系数和Cu的高导电、导热性和高塑性等，具有良好的综合性能。目前，被广泛地用作电触头材料、电子封装材料、热沉材料、电热合金、高密度合金、大规模集成电路的引线框架，以及军事等尖端科学领域。W．Cu材料通常通过粉末冶金液相烧结和熔渗烧结方法生产，然而上述传统工艺难以获得高致密、微观组织均匀、形状复杂的W．Cu合金，不能满足现代科技对高性能W．Cu材料的要求。本论文根据粉末温压成形、

2、注射成形工艺的突出的技术和经济优势，及其在制备高密度铁基粉末冶金材料和复杂形状零件方面的成功应用，尝试通过粉末温压成形来制备高密度W．Cu复合材料，通过粉末注射成形来制备复杂形状的W．Cu复合材料，探索了制备高性能W．Cu复合材料的新途径。采用一种新型温压粘结剂对W．20wt％Cu粉末进行温压成形实验，对W．Cu粉末的温压行为进行了系统的研究，其中包括温压温度、压制压力、粘结剂含量，以及粉末粒度等对压坯密度的影响，并与冷压成形压坯进行对比。观察了温压和冷压压坯及烧结体的显微组织，并对烧结体的密度、电导率和

3、硬度等物理、力学性能进行了测定。实验结果表明：与冷压成形相比，温压能够明显提高W-Cu粉末压坯的密度和强度。在400MPa，170℃条件下温压压坯的密度和强度分别可达10．689／cm3和22．06MPa，比冷压成形分别提高了O．55g／em3和12．45MPa。原料Cu粉粒度对温压压坯的密度也有影响，在相同压制压力下，采用D50为2．79p,m细Cu粉的W．Cu压坯的密度明显高于使用Dso为26．279m粗Cu粉的压坯密度。此外，本文还对烧结温度、成形方式对W．Cu压坯烧结行为和烧结体性能影响等进行了研

4、究，对其烧结致密化机理进行了探讨。结果发现，温压W-Cu压坯的径向烧结收缩率低于冷压压坯，但烧结体的密度仍高于冷压成形的烧结体。W．Cu压坯在1050～1250℃下于H2气氛中烧结，随着烧结温度的升高，温压和冷压烧结体密度不断增大。在1250℃于H2中烧结2h后，温压成形烧结体的相对密度可达95．86％，烧结体组织均匀，具有良好的物理机械性能，其硬度和电导率分别为249HV和33．67％IACS，均高于冷压压坯烧结体的硬度(242HV)和电导率(33．67％IACS)。本论文的另一研究内容是采用高密度聚乙

5、烯(HDPE)基粘结剂体系，通过注射成形制备出了球形W．20wt％Cu合金。实验中，对注射成形参数对成形坯质量的影响、溶剂脱脂的时间和温度对注射坯脱脂率的影响进行了研究，并对热脱脂升温速率进行了优化。通过扫描电镜观察了不同脱脂时间后脱脂坯及W．Cu烧结体的显微组织。结果表明：较佳的注射工艺参数为：注射温度180℃，注射压力110bar，注射速度30％(占标准注射速度)，模具温度50℃。粘结剂的脱除采用溶剂+热脱脂两步脱脂法，在溶剂脱脂过程中，随着脱脂温度的升高和脱脂时间的延长，脱脂率不断增大。在55℃下经

6、溶剂脱脂11h后，注射坯中62．26％粘结剂被脱除；再经550℃热脱脂1h后，注射坯中粘结剂完全脱除。脱脂后的注射成形W．Cu球坯在1150℃下于H2中烧结2h后，烧结体相对密度可达95．58％，且变形小，组织均匀，具有良好的力学性能，其压溃强度和径向烧结收缩率分别为58KN和17．17％。关键词：粉末冶金；钨铜合金；温压成形；致密化；粉末注射成形；脱脂；烧结；显微组织FabrieationofcomoactioIIand·-一W-Cumaterialsbywarmpowderinjectionmoldi

7、ngectionmoldingAbstractPowdermetallurgicaltungsten—coppermaterialisakindof“pseudo—alloy’’composedbytungstenwithhighstrengthandhardness，lowthermalexpansionandcopperwithhighelectricalconductivityandthermalconductivity，highplastic．Becauseofitsexcellentmechan

8、icalandphysicalproperties，W-Cumaterialsarewidelyusedinelectriccontacts，electronicpackagingmaterials，heatsinks，highdensityalloys，leadingwireframeinlargescalecompoundintegration．W-Cualloysareusuallyfabricatedbyinfiltr