專利名稱:一種制備鎢銅合金的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎢銅復(fù)合材料的制備，特別是銅質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為25％至40％的高銅含量的鎢銅合金的制備方法。
背景技術(shù)：
鎢銅合金是由鎢和銅所組成的兩相均勻分布的既不固溶又不形成化合物的一類復(fù)合材料，兼有鎢的高熔點、抗電蝕性、抗熔焊性和高溫強(qiáng)度，以及銅的高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性、塑性和易加工性，而且銅在電弧高溫下蒸發(fā)時可吸收大量電弧能量，降低電弧溫度，改善使用條件和降低電蝕作用。由于鎢銅合金具有以上優(yōu)點，作為電觸頭和電極材料得到了廣泛應(yīng)用，并且越來越多的作為噴管喉襯、電子束靶和封裝材料等應(yīng)用于航空航天，核工業(yè)及電子工業(yè)等高科技領(lǐng)域中。
由于鎢與銅的熔點相差很大，很難用常規(guī)燒結(jié)方法一次性制得高致密的鎢銅合金。比較常用的有混合法、熔滲法、納米復(fù)合粉燒結(jié)法等等。傳統(tǒng)的混合法將設(shè)定成分的鎢粉和銅粉進(jìn)行混合，再成型和燒結(jié)，這種方法可以制備各種成分配比的鎢銅合金，但在不添加活化劑(鎳、鈷、鐵等)的情況下，很難達(dá)到致密，如果添加活化劑，卻會使合金的傳導(dǎo)性能大大下降，滿足不了使用要求。而傳統(tǒng)的熔滲法是先制備純鎢骨架(或骨架中加入極少量的銅)，再用銅液進(jìn)行熔滲，或直接浸入銅池進(jìn)行滲銅。這種方法只能制備銅含量5～25％的鎢銅合金，鎢含量過低難以形成穩(wěn)定的骨架。另外，目前研究比較多的通過制備鎢銅納米復(fù)合粉的方法來制取高致密鎢銅合金方面，也集中在銅含量25％以下的鎢銅合金，而且由于納米粉末中容易存在很高的氧等氣體含量以及壓坯密度相對低的問題，導(dǎo)致實際生產(chǎn)時直接燒結(jié)法也難以致密。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種制備銅的質(zhì)量百分比為25％～40％、余量為鎢的高銅含量鎢銅合金的方法，可以獲得98％以上的高致密度，傳導(dǎo)性能優(yōu)異，適合于電觸頭和電極材料、電子封裝材料、高溫發(fā)汗材料等。
本發(fā)明的銅質(zhì)量百分比為25％～40％、余量為鎢的高銅含量的鎢銅合金的制備方法，依次包括以下步驟(1)采用質(zhì)量百分比為5％～20％的銅粉，和與所述的鎢銅合金中的鎢具有相同質(zhì)量百分比的鎢粉均勻混合8小時～16小時；(2)將混合料在為180MPa～200Mpa的壓力下模壓成型，得到壓坯；(3)將壓坯置于氫氣爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度900～1000℃，保溫0.5小時～1小時，得到鎢銅合金骨架；(4)通過測定預(yù)燒結(jié)后壓坯的質(zhì)量M、體積V后計算其孔隙度
進(jìn)而計算滲銅量＝λ×V×ρCu，其中ρ坯為與壓坯成分相同的鎢銅合金的理論密度、ρCu為銅的理論密度；(5)將按步驟(4)計算的滲銅量的1.1倍～1.2倍量的銅粉模壓成與骨架表面尺寸相同的銅片；(6)將銅片置于鎢銅合金骨架上面并對齊，裝入石墨坩堝中，采用氧化鋁填埋，升溫至1350～1400℃進(jìn)行滲銅，保溫1～3小時即得到銅的質(zhì)量百分比為25％～40％、余量為鎢的鎢銅合金。
步驟(1)所述銅粉的純度≥99.5％、粒度為15μm～20μm，所述鎢粉的純度≥99％、粒度為3～6μm；步驟(4)所述的壓坯孔隙度λ控制在35％±2％的范圍內(nèi)；步驟(5)所述的銅粉的純度≥99.5％，粒度＜76um。
圖1為本發(fā)明的質(zhì)量百分比為25％、余量為鎢的鎢銅合金的斷面SEM照片；圖2為本發(fā)明的質(zhì)量百分比為35％、余量為鎢的鎢銅合金的斷面SEM照片；圖3為本發(fā)明的質(zhì)量百分比為40％、余量為鎢的鎢銅合金的斷面SEM照片。
具體實施方式實施例1銅質(zhì)量百分比為25％、余量為鎢的鎢銅合金的制備采用5wt％、純度≥99.5％、粒度為15μm的銅粉，和與所述的25wt％銅含量的鎢銅合金中的鎢具有相同質(zhì)量百分比的鎢粉，即質(zhì)量75wt％、且純度99.5％、粒度為4.2μm的鎢粉，裝入混合筒中，并加入少量硬質(zhì)合金球，混合12小時至混合均勻，停機(jī)冷卻1小時后再卸料。混合料在200Mpa的壓力下模壓成型(在鋼模中壓成直徑為40mm的圓片，以下實施例同)，將得到的壓坯置于氫氣爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度950℃，保溫1小時，得到鎢銅合金骨架。冷卻卸料后，測定預(yù)燒結(jié)后壓坯的質(zhì)量M＝120g、體積V＝10.30cm3后，計算其孔隙度
進(jìn)而計算滲銅量＝λ×V×ρCu＝32.3g(其中ρ坯為與壓坯成分相同的鎢銅合金的理論密度，即17.98g/cm3；ρCu為銅的理論密度，即8.9g/cm3，以下實施例同)。實際滲銅量采用計算量的1.1倍，即35.5g，模壓成與骨架表面尺寸相同的銅片，即直徑為40mm的圓片(以下實施例同)，其中銅粉的純度≥99.5％，粒度15um；將銅片置于鎢銅合金骨架上面并對齊，裝入石墨坩堝中，蓋好氧化鋁埋料。然后將舟皿推入氫氣保護(hù)爐中，升溫?zé)Y(jié)。用3小時從950℃升到1400℃，保溫2小時，降溫冷卻，即得到鎢銅合金。
對產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)性能檢測銅含量24.9％，在允許含量25％±2％范圍內(nèi)；密度14.8g/cm3，相對密度99.0％，硬度HB199，抗拉強(qiáng)度685MPa。從圖1可以看出，形成了非常好的銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)，每個鎢粒子周圍都填充滿銅，結(jié)構(gòu)均勻致密；測定其電導(dǎo)率為22.3MS.m-1。
以上檢測結(jié)果表明，得到的是銅質(zhì)量百分比為25％、余量為鎢的鎢銅合金，且在保證25wt％的高銅含量的同時，致度密≥98％，具有優(yōu)越的性能。
實施例2銅質(zhì)量百分比為35％、余量為鎢的鎢銅合金的制備采用15wt％、純度≥99.5％、粒度為18μm的銅粉，和與所述的35wt％銅含量的鎢銅合金中的鎢具有相同質(zhì)量百分比的鎢粉，即質(zhì)量65wt％、且純度99.5％、粒度為3.7μm的鎢粉，裝入混合筒中，并加入少量硬質(zhì)合金球，混合12小時至混合均勻，停機(jī)冷卻1小時后再卸料?；旌狭显?90Mpa的壓力下模壓成型(在鋼模中壓成直徑為40mm的圓片)，將得到的壓坯置于氫氣爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度900℃，保溫1.5小時，得到鎢銅合金骨架。冷卻卸料后，測定預(yù)燒結(jié)后壓坯的質(zhì)量M＝120g、體積V＝11.59cm3后，計算其孔隙度 ，進(jìn)而計算滲銅量＝λ×V×ρCu＝35.7g。實際滲銅量采用計算量的1.1倍，即39.3g，模壓成與骨架表面尺寸相同的銅片，即直徑為40mm的圓片，其中銅粉的純度≥99.5％，粒度40um；將銅片置于鎢銅合金骨架上面并對齊，裝入石墨坩堝中，蓋好氧化鋁埋料。然后將舟皿推入氫氣保護(hù)爐中，升溫?zé)Y(jié)。用3小時從950℃升到1380℃，保溫2小時，降溫冷卻，即得到鎢銅合金。
對產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)性能檢測銅含量35.7％(在允許含量35％±2％范圍內(nèi))，密度13.5g/cm3，相對密度99.2％，硬度HB166，抗拉強(qiáng)度496MPa。從圖2可以看出，形成了非常好的銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)，每個鎢粒子周圍都填充滿銅，結(jié)構(gòu)均勻致密；測定其電導(dǎo)率為27.4MS.m-1。
以上檢測結(jié)果表明，得到的是銅質(zhì)量百分比為35％、余量為鎢的鎢銅合金，且在保證35wt％的高銅含量的同時，致度密≥98％，具有優(yōu)越的性能。
實施例3銅質(zhì)量百分比為40％、余量為鎢的鎢銅合金的制備采用20wt％、純度≥99.5％、粒度為20μm的銅粉，和與所述的40wt％銅含量的鎢銅合金中的鎢具有相同質(zhì)量百分比的鎢粉，即質(zhì)量60wt％、且純度99.5％、粒度為5.0μm的鎢粉，裝入混合筒中，并加入少量硬質(zhì)合金球，混合16小時至混合均勻，停機(jī)冷卻1小時后再卸料?；旌狭显?80Mpa的壓力下模壓成型(在鋼模中壓成直徑為40mm的圓片)，將得到的壓坯置于氫氣爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度900℃，保溫1小時，得到鎢銅合金骨架。冷卻卸料后，測定預(yù)燒結(jié)后壓坯的質(zhì)量M＝120g、體積V＝12.35cm3后，計算其孔隙度
，進(jìn)而計算滲銅量＝λ×V×ρCu＝38.4g。實際滲銅量采用計算量的1.1倍，即42.2g，模壓成與骨架表面尺寸相同的銅片，即直徑為40mm的圓片，其中銅粉的純度≥99.5％，粒度75um；將銅片置于鎢銅合金骨架上面并對齊，裝入石墨坩堝中，蓋好氧化鋁埋料。然后將舟皿推入氫氣保護(hù)爐中，升溫?zé)Y(jié)。用3小時從950℃升到1350℃，保溫2小時，降溫冷卻，即得到鎢銅合金。
對產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)性能檢測銅含量39.7％(在允許含量40％±2％范圍內(nèi))，密度12.77g/cm3，相對密度99.8％，硬度HB143，抗拉強(qiáng)度445MPa。從圖3可以看出，形成了非常好的銅網(wǎng)結(jié)構(gòu)，每個鎢粒子周圍都填充滿銅，結(jié)構(gòu)均勻致密；測定其電導(dǎo)率為27.8MS.m-1。
以上檢測結(jié)果表明，得到的是銅質(zhì)量百分比為40％、余量為鎢的鎢銅合金，且在保證40wt％的高銅含量的同時，致度密≥98％，具有優(yōu)越的性能。
權(quán)利要求
1.一種銅的質(zhì)量百分比為25％～40％、余量為鎢的鎢銅合金的制備方法，依次包括以下步驟(1)采用質(zhì)量百分比為5％～20％的銅粉，和與所述的鎢銅合金中的鎢具有相同質(zhì)量百分比的鎢粉均勻混合8小時～16小時；(2)將混合料在為180MPa～200Mpa的壓力下模壓成型，得到壓坯；(3)將壓坯置于氫氣爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，燒結(jié)溫度900～1000℃，保溫0.5小時～1小時，得到鎢銅合金骨架；(4)通過測定預(yù)燒結(jié)后壓坯的質(zhì)量M、體積V后計算其孔隙度
進(jìn)而計算滲銅量＝λ×V×ρCu，其中ρ坯為與壓坯成分相同的鎢銅合金的理論密度、ρCu為銅的理論密度；(5)將按步驟(4)計算的滲銅量的(1.1～1.2)倍的銅粉模壓成與骨架表面尺寸相同的銅片；(6)將銅片置于鎢銅合金骨架上面并對齊，裝入石墨坩堝中，采用氧化鋁填埋，升溫至1350～1400℃進(jìn)行滲銅，保溫1～3小時即得到銅的質(zhì)量百分比為25％～40％、余量為鎢的鎢銅合金。
2.按照權(quán)利要求
1所述的鎢銅合金的制備方法，其特征在于步驟(1)所述銅粉的純度≥99.5％、粒度為15μm～20μm，所述鎢粉的純度≥99％、粒度為3～6μm。
3.按照權(quán)利要求
1所述的鎢銅合金的制備方法，其特征在于步驟(4)所述的壓坯孔隙度λ控制在35％±2％的范圍內(nèi)。
4.按照權(quán)利要求
1所述的鎢銅合金的制備方法，其特征在于步驟(5)所述的銅粉的純度≥99.5％，粒度＜76um。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種制備銅為25wt％～40wt％、余量為鎢的高銅含量鎢銅合金的方法，采用5wt％～20wt％、純度≥99.5％、粒度為15μm～20μm的銅粉，和與所述的鎢銅合金中的鎢具有相同質(zhì)量百分比、純度≥99％、粒度為3～6μm鎢粉，均勻混合后模壓成型，孔隙度λ控制在35％±2％的壓坯預(yù)燒結(jié)得到鎢銅合金骨架，計算滲銅量，將純度≥99.5％，粒度＜76um的銅粉模壓成與骨架表面尺寸相同的銅片置于鎢銅合金骨架上，裝入石墨坩堝中，采用氧化鋁填埋后進(jìn)行升溫滲銅；獲得的高銅含量鎢銅合金，具有98％以上的高致密度，傳導(dǎo)性能優(yōu)異，適合于電觸頭和電極材料、電子封裝材料、高溫發(fā)汗材料等。
文檔編號C23C10/00GK1995438SQ200610136919
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月22日
發(fā)明者劉孫和, 傅崇偉, 李鵬, 吳昊 申請人:株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan