高比重钨铜复合材料制备及性能研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要高比重合金具有高强度、高硬度、导电性和导热性好、热膨胀系数小、抗腐蚀和抗氧化性好、机械加工性和焊接性好等一系列优异的物理性能和使用性能。钨铜合金是一种以铜、钨元素为主的两相结构的高比重假合金。因其兼具w和Cu的优异特性，即具有高的抗电弧烧蚀能力、良好的导热性和导电性，被广泛用作大功率微电子设备中的电接触材料和热沉材料。在高比重钨铜合金的应用过程中，钨铜相的均匀分布是其高性能的基础，钨铜合金的一般制备方法为熔渗法和混粉液相烧结法，然而由于钨在液相铜中低的溶解度和钨铜界面高的润湿角，材料难以烧结致密。同时熔渗法容易产生结构缺陷，影响材料使用性能，一般添加

2、少量的Ni、Co等元素可以提高材料的致密度，但这些活化元素的添加同时恶化了铜基体的热学和电学性能，许多学者尝试了不添加助烧剂，而是通过细化钨粉颗粒和提高钨铜粉末的均匀性来促进液相烧结中的颗粒重排达到全致密。本工作采用溶解度高的偏钨酸铵和硝酸铜为前驱体，经喷雾干燥后煅烧得到氧化物复合粉末前驱体，于行星式球磨机中湿磨，再经中温管式炉在氢气气氛下还原，制备出超细W-15Cu复合粉末，将得到的复合粉末在不同的工艺制度下通过高温管式炉于H2气氛下烧结得到高比重W-15Cu合金。其最高值抗弯强度为1109。6MPa，维氏硬度Hvo．I为2．4GPa，热导率为174．5W·m"i．K-1。探

3、讨了钨铜复合氧化物的还原机理，研究了钨铜复合粉末的烧结行为。为了进一步探讨烧结方式对钨铜合金性能的影响，引入了放电等离子烧结(SPS)，初步探索了合金在1150℃左右低温条件下的烧结过程。最终通过SPS技术制得性能远优于常规烧结的合金材料，其抗弯强度为1259．1MPa，维氏硬度为3．79GPa，热导率为189．2W·m"1-K1。研究了Y203作为晶粒抑制剂对合金性能的影响，结果显示在最佳烧结温度下，添加0．3wt．％Y203的W-15Cu合金抗弯强度达到最大值1128．6MPa，添加0．5wt．％Y203的W-15Cu维氏硬度达到最大值2．78GPa。性能优于未添加抑制剂于

4、同温度烧结的W-15Cu合金。比较了喷雾干燥．共还原法和机械合金法制备钨铜粉末的烧结行为，表明前者具有更高的烧结活性。关键词：钨铜复合材料，喷雾干燥，共还原，放电等离子烧结，抑制剂武汉理工大学硕士学位论文AbstractHiglldensityalloysexhibitexcellentphysicalandmechanicalpropertiessuchaslligllstrengthandhardness，highthermalandelectricalconductivity,lowheatexpansioncoefficient，corrosionandoxidatio

5、nresistance，goodmachiningpropertyandweldperformance．W-CumaterialswhichconsistofamixtureofalmostpureWandCuphases，asonecategoryofhi曲densityalloys，havebeenwidelyusedforheavy-dutyelectroniccontactsandheatsinkmaterialsforhigh．powermicroelectronicdevicesbecauseofthehi曲electricalconductivityofCuand

6、thehigharcerosionofW．Inmostoftheseapplications，highdensity、辑Cucomponentswithhomogeneousdispersionoftungstenandcopperingredientsareoftenneededform曲performance．TheconventionalmethodsforthefabricationofW．Cualloysareinfiltrationofaporoustungstenskeletonwithliquidcopper,andthehotpressingofblendso

7、ftungstenandcopperpowders、历thsubsequentliquidphasesintering．However,theinfiltrationtechniqueiSlimitedbecauseitproducesdefectsinthestructureandthepropertiesaresensitivetothesedefects．Furthermore．fulldensificationofW．CualloybythismethodiSdifficultdue