钨纤维/铜基复合板的制备方法技术

本发明专利技术涉及钨纤维/铜基复合板的制备方法，属于铜基复合材料技术领域。本发明专利技术钨纤维/铜基复合板的制备方法，包括如下步骤：a、选材：选取铜片作为基片；b、制坯及轧制：取三块尺寸相同的基片，在惰性气氛中，将钨丝缠绕在其中一块基片表面，得到绕丝片，然后在绕丝片上下各叠加一块基片，得到胚体，将胚体送入轧机进行轧制，得到钨纤维/铜基复合板。本方法可以在铜基中快速引入纤维且获得的复合材料致密、界面结合良好。通过调节道次和每次的纤维含量可以获得不同纤维含量、不同性能的钨纤维/铜基复合材料。本方法所需设备简单，操作快捷，制备周期短，成本低，可实现室温制备，适用于工业化生产大块复合板材。

Preparation of Tungsten Fiber/Copper Matrix Composite Plate

The invention relates to a preparation method of tungsten fiber/copper matrix composite plate, belonging to the technical field of copper matrix composite materials. The preparation method of the tungsten fiber/copper-based composite plate comprises the following steps: A. material selection: selecting copper sheet as substrate; B. billet making and rolling: taking three substrates of the same size, winding tungsten filament on one of the substrates in inert atmosphere, obtaining the winding filament, then superimposing one substrates on the top and bottom of the winding filament, obtaining the embryo body, and feeding the embryo body into the rolling mill for rolling. Tungsten fiber/copper matrix composite plate was obtained. The method can rapidly introduce fibers into copper matrix and obtain compact composites with good interfacial bonding. Tungsten fiber/copper matrix composites with different fiber content and properties can be obtained by adjusting the number of passes and the fiber content of each pass. The method requires simple equipment, fast operation, short preparation period and low cost. It can be prepared at room temperature and is suitable for industrial production of large composite sheets.

【技术实现步骤摘要】
钨纤维/铜基复合板的制备方法
本专利技术涉及钨纤维/铜基复合板的制备方法，属于铜基复合材料

技术介绍
聚变堆面向等离子体部件直接面对等离子体，工程设计上必须实现可靠移出表面热负荷和中子热负载的功能。因此，热沉材料选择至关重要。聚变领域多年累积的设计和实践经验表明，对于极高热负荷的偏滤器区域，热沉材料需同时具有高热导率，高强度及较高的抗中子辐照性。Cu合金由于具有极高的热导率是首选的热沉材料，但其较低的熔点及高温强度限制了其作为热沉材料的发展，且已有铜合金(Cu-ods为主)的抗中子辐照性能距商用聚变堆的要求还有较大差距。研发新的Cu基复合材料是一种可能的解决方法。国内外处于基础研究阶段且希望较大的热沉材料主要为Cu基复合材料，有W纤维、SiC纤维、碳纳米管等增强方式。这几类材料的研发仍处于起步阶段，距离工业化生产还有较大距离。国内在纤维增强相的原材料获得方面，高质量的碳化硅纤维国内研发尚未十分成熟，购买到的卷筒状易碎易断；碳化硅晶须具有较好的长径比，但购买到的是成团状，分散工艺还需摸索。碳纳米管也存在分散难的问题。而钨是熔点最高的金属，高质量钨纤维国内公司已有成熟的生产方法，其具有室温塑形、优良热导和高的抗拉强度，是铜复合材料中较为广泛的、理想的纤维增强相。聚变堆热沉材料应用要求将Cu基复合材料制备成高质量的板材及管材，该形状主要通过先制成钨纤维/铜复合块体，再将块体加工成管材及板材。目前钨纤维/铜基致密复合块体的制备方法主要为粉末冶金法。梁淑华在专利CN105039876A中提出了采用纤维网格预埋熔渗铜制备钨纤维与颗粒混杂结构铜钨复合材料，包含了编织钨丝网格、制成生坯、热压、熔渗等复杂工序。王泽敏在专利CN108372658A中公开了一种高能束选区熔化成形技术用于纤维与低熔点金属组成的复合体系制备，在粉末床高能束成形过程之上增加了纤维和粉体的分层铺设-粉体熔化-纤维铺层反复工序。鉴于以上，粉末冶金技术用于钨纤维/铜基复合材料制备虽已应用成熟，但存在着工序复杂且难以实现工业化生产等不足之处。
技术实现思路
针对以上缺陷，本专利技术解决的技术问题是提供一种工艺简单的钨纤维/铜基复合板的制备方法。本专利技术钨纤维/铜基复合板的制备方法，包括如下步骤：a、选材：选取铜片作为基片；b、制坯及轧制：取三块尺寸相同的基片，在惰性气氛中，将钨丝缠绕在其中一块基片表面，得到绕丝片，然后在绕丝片上下各叠加一块基片，得到胚体，将胚体送入轧机进行轧制，得到1道次的钨纤维/铜基复合板。优选的，将钨纤维/铜基复合板作为基片再重复进行b步骤n-1次，得到n道次的钨纤维/铜基复合板；其中，n-1道次的钨纤维/铜基复合板作为n道次的钨纤维/铜基复合板的基片，n为大于或等于2的整数。优选的，b步骤之前a步骤之后还进行基片的前处理，所述前处理为先将基片退火软化，再将表面进行清洗、打磨和干燥。优选的，b步骤中，轧机下压量为坯体厚度的70％以上。优选的，b步骤中，钨丝的缠绕量为钨纤维/铜基复合板重量的1～20％。优选的，b步骤中，所述惰性气氛为氩气或氮气。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本方法可以在铜基中快速引入钨纤维且获得的复合材料致密、界面结合良好。本方法通过调节道次和每次的纤维含量及纤维直径可以获得不同纤维直径、含量、不同性能的钨纤维/铜基复合材料。本方法通过调节纤维的缠绕方式和轧制方向可以获得不同性能的钨纤维/铜基复合材料。本方法通过调节初始铜片尺寸、厚度和轧机下压量可以获得不同厚度、表面积的复合板材。本方法所需设备简单，操作快捷，制备周期短，成本低，可实现室温制备，适用于工业化生产大块复合板材。附图说明图1为本专利技术1道次的钨纤维/铜基复合板的制备流程示意图。图2为5w％钨纤维含量、1道次的钨纤维/铜基复合板的层间表面与截面SEM形貌。图3为20w％钨纤维含量、4道次的钨纤维/铜基复合板的截面金相形貌。图4为20w％钨纤维含量、4道次的钨纤维/铜基复合板的室温拉伸曲线。具体实施方式本专利技术钨纤维/铜基复合板的制备方法，包括如下步骤：a、选材：选取铜片作为基片；b、制坯及轧制：取三块尺寸相同的基片，在惰性气氛中，将钨丝缠绕在其中一块基片表面，得到绕丝片，然后在绕丝片上下各叠加一块基片，得到胚体，将胚体送入轧机进行轧制，得到1道次的钨纤维/铜基复合板。本方法可以在铜基中快速引入纤维且获得的复合材料致密、界面结合良好。且所需设备简单，操作快捷，制备周期短，成本低，可实现室温制备，适用于工业化生产大块复合板材。本专利技术方法，通过调节道次和每次的纤维含量可以获得不同纤维含量、不同性能的钨纤维增强铜基复合材料。优选的，将钨纤维/铜基复合板作为基片再重复进行b步骤n-1次，得到n道次的钨纤维/铜基复合板；其中，n-1道次的钨纤维/铜基复合板作为n道次的钨纤维/铜基复合板的基片，n为大于或等于2的整数。比如，以1道次的钨纤维/铜基复合板作为基片，进行b步骤的制坯及轧制，可以得到2道次的钨纤维/铜基复合板；以2道次的钨纤维/铜基复合板作为基片，进行b步骤的制坯及轧制，可以得到3道次的钨纤维/铜基复合板；以3道次的钨纤维/铜基复合板作为基片，进行b步骤的制坯及轧制，可以得到4道次的钨纤维/铜基复合板……以此类推，以n-1道次的钨纤维/铜基复合板作为基片，进行b步骤的制坯及轧制，可以得到n道次的钨纤维/铜基复合板。优选的，进行制坯之前先对基片进行前处理，所述前处理为先将基片退火软化，再将表面进行清洗、打磨和干燥。具体的，可以将基片置于惰性气氛中于600～800℃退火，然后取出浸泡在酸液中清洗掉表面氧化层。酸洗后，再依次用酒精清洗去掉表面腐蚀液，用钢丝刷对表面打磨使表面粗糙，然后超声清洗并干燥后备用。本专利技术可通过调节初始铜片尺寸、厚度和轧机下压量获得不同厚度、表面积的复合板材，为了提高界面结合力，优选的，轧机下压量为坯体厚度的70％以上。钨丝缠绕量将会影响产品的性能，优选的，b步骤中，钨丝的缠绕量为钨纤维/铜基复合板重量的1～20％。为了避免氧化以及引入其他杂质元素，b步骤的绕丝需要在惰性气氛条件下进行，优选的，所述惰性气氛为氩气或氮气。为了方便操作，可在手套箱中进行绕丝。下面结合实施例对本专利技术的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本专利技术限制在所述的实施例范围之中。实施例1叠轧1道次，纤维直径50μm，纤维含量5wt.％的钨纤维/铜基复合板材制备的具体步骤为：步骤1：将铜板在氢气退火炉中800℃退火2小时，剪出三块尺寸为60*60*1mm3的铜片。将铜片浸泡在酸液中清洗掉表面氧化层。酸洗后的铜片再依次用酒精清洗去掉表面腐蚀液，用钢丝刷对表面打磨使表面粗糙，然后超声清洗并干燥后置于手套箱中待用。步骤2：在手套箱中，将步骤1中处理好的其中一块铜片表面密绕直径50μm的钨丝，钨丝质量为三块铜片与所绕纤维总质量的5％。步骤3：将绕丝铜片放在中间，上下各叠加一块铜片，组成“三明治”结构，送入轧机通道(其示意图详见图1)，获得纤维含量5％的钨纤维/铜基复合板材。轧机下压量约为“三明治”厚度的70％。复合板材的部分截面和表面微观形貌详见图2。实施例2叠轧4道次，纤维直径50μm,纤维含量20wt.％的钨纤维/铜基复合板材制备的具体步骤为：步骤1：将铜板在氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.钨纤维/铜基复合板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a、选材：选取铜片作为基片；b、制坯及轧制：取三块尺寸相同的基片，在惰性气氛中，将钨丝缠绕在其中一块基片表面，得到绕丝片，然后在绕丝片上下各叠加一块基片，得到胚体，将胚体送入轧机进行轧制，得到1道次的钨纤维/铜基复合板。

【技术特征摘要】
1.钨纤维/铜基复合板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a、选材：选取铜片作为基片；b、制坯及轧制：取三块尺寸相同的基片，在惰性气氛中，将钨丝缠绕在其中一块基片表面，得到绕丝片，然后在绕丝片上下各叠加一块基片，得到胚体，将胚体送入轧机进行轧制，得到1道次的钨纤维/铜基复合板。2.根据权利要求1所述的钨纤维/铜基复合板的制备方法，其特征在于：将钨纤维/铜基复合板作为基片再重复进行b步骤n-1次，得到n道次的钨纤维/铜基复合板；其中，n-1道次的钨纤维/铜基复合板作为n道次的钨纤维/铜基复合板的基片，n为大...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋燕，黄平，
申请(专利权)人：攀枝花学院，
类型：发明
国别省市：四川,51