大型综合实验报告.doc

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1、大型综合实验报告题目中粒度W90-Cu合金材料的工艺研究学生姓名贾霁学号指导教师*****学院*************学院专业班级******************班一实验背景及内容由于钨铜材料具有高的导电导热性能，因而可以作为大功率电子及半导体器件的热沉材料；同时，钨铜合金含有较大体积分数的低热膨胀系数的钨，并且可以通过调整其中的钨含量调控合金的热膨胀系数，达到与半导体器件中硅、砷化镓及陶瓷壳体的热膨胀系数相匹配，大大降低原来使用的高热膨胀系数的铜、铝等材料在封装时引起的热应力，提高器件的可靠性和使用寿命。因此钨铜材料作为电子封装及热沉材料的

2、应用正在日益增长，对其性能也有着更高的要求。目前钨铜复合材料多采用粉末冶金方法来制备，由于这种制备方法的限制使得钨铜复合材料内部始终存在一定量的残余空洞不能达到完全的致密，这极大的影响了材料的性能。本次实验研究的是W90-Cu制备工艺的研究，由于该合金钨含量较高，制备不易，且成品率很低，不能在生产实践中广泛的运用。本文初步研究了样品质量同密度的关系以及钨铜复合材料热锻造的基本工艺参数，采用了钨铜复合材料的高速压制方法来提高钨铜复合材料的密度，使其致密化，通过热锻造的方法使钨铜复合材料产生塑性变形，进一步提高材料的致密度以改进其强度和导电导热性能，优

3、化钨铜复合材料的生产工艺，适应钨铜材料应用发展的需要。二实验仪器TG31精密天平Y41-100型1000KN单柱液压机63吨的双盘摩擦压力机FL-3000S2热导仪耐驰DIL-402-PC热膨胀仪2QJ-542试验机sirior-200场发射扫描电镜三实验过程本实验采用的是5-6μm的钨粉，并加入1%的诱导铜混粉，经静压、高速压制后进行熔渗，使样品W含量达到90%。后经铣平面、精磨镀镍等工序以获得成品，并测其热导、热膨胀系数、气密性等性能。实验过程如下：(1)钨粉的预处理实验采用5-6μm中粒度钨粉，在950℃下通氢气还原。并用80目的筛子过筛。(

4、2)配粉及添加成形剂在预处理后的钨粉中加入1%质量的铜粉做诱导铜以提高成型性能。并加入1%质量的成型剂（甘油、酒精1:1混合物）后搅拌均匀。(3)压型用已配置好的混粉，在钢性模内压型，模具材料为模具钢，模具尺寸为30×24mm。为了排除钨骨架高温烧结可能引起的晶粒变化对热导的影响，采用双向浮动阴模方式，在Y41-100型1000KN单柱液压机上，先用天平称取4份固定质量的已加入成型剂的钨铜混粉，在固定模具上对钨骨架采用高压成型。对上述钨骨架的尺寸和质量进行测量，从而算出压坯的平均密度。(4)预烧和脱胶将制备好的钨骨架在氢气保护炉内，以150℃/h的

5、速度由室温升至200℃，保温1h后再升温至900℃，使钨骨架获得了一定的强度，并将成形剂脱离。(5)高速压制将样品放入马弗炉中升温至950℃并保温一个小时，之后迅速取出样品进行锻造，实验中用63吨的双盘摩擦压力机进行锻造。(6)熔渗将相应规格纯度为99.99％的无氧铜片（过量）用棉线捆绑在热锻后的W骨架上，再将样品整齐的摆进已加入氧化铝粉的容器内，然后再加入氧化铝粉覆盖。然后在钨丝炉中以氢气作为保护气氛，以150℃/h，升温至1350℃，保温2h，然后以150℃/h降至室温。(7)机加工利用车铣将熔渗过剩的铜铣去，并铣到模锻的规格尺寸即30×24m

6、m。(8)退火机加工和溶渗过程时产生大量内应力，如果不消除内应力将对成品性能产生影响。退火使样品组织更加均匀，消除熔渗和铣面时产生的内应力。退火温度为900℃，保温一小时，随炉冷却。(9)性能检验将退火后的样品进行其热膨胀系数、热导及气密性等性能检测。流程图如下所示：配粉及添加成形剂压型脱胶预烧渗铜铣平面退火高速压制性能检验热锻二次热锻退火退火图1流程图四结果与讨论4.1压制工艺对钨骨架致密度的影响4.1.1钨铜混合粉末的制备混粉SEM形貌如图2所示。由于混粉中铜的含量很少，且粒度较小，所以观察不明显。图中的较大的晶体均为钨颗粒，而铜则较多分布在边

7、缘和缝隙之中。ab图2掺甘油酒精的钨铜混粉SEM形貌a、2000×;b、4000×样品经静压预成型、高速压制后能谱分析如3（右）所示，钨铜含量分析如表1：图3能谱分析表1钨铜含量分析ElementWt%At%CuK01.3203.71WL98.6896.29MatrixCorrectionZAF由表1可知：钨骨架中铜的质量分数为1.32%，大于实验中混粉是所加1%的诱导铜。这是由于手工混粉的不均匀性和铜的偏聚现象所造成的。4.1.2预成型压坯的制备本次试验静压、预烧和高速压制三个步骤的变形率和密度变化如表2所示：表2样品静压、预烧、高速压制后的密度

8、变化状态平均厚度（mm）平均线变形率骨架密度(g/cm3)骨架密度提高率相对密度静压16.83-11.05-57.25%脱