一种Cu包W复合粉体的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Cu包W复合粉体的制备方法，是以W粉和可溶性铜盐为原料，将铜盐溶于水中并加入氨水制成铜氨络合物水溶液；再加入W粉形成W粉处于悬浮状态的多相混合溶液；混合溶液在电动搅拌和超声波的共同作用下进行分散，同时加热至70‑80℃进行蒸氨还原，经离心沉淀、洗涤及干燥，最后得到Cu包W复合粉体。本发明专利技术Cu包W复合粉体的制备方法，不需要常规制备方法中钨铜氧化物还原过程，简化了制备工艺，制备成本较低，所获得的包覆粉具有核壳结构，W‑Cu组分分布均匀；且该粉末具有良好的压制性能，有利于制备组分均匀的高性能W‑Cu复合材料。

Method for preparing Cu package W composite powder

The invention discloses a preparation method of Cu coated W composite powder, with W powder and soluble copper salt as raw material, the copper salt is dissolved in water and adding ammonia made of copper ammonia complex solution; adding W powder to form W powder in suspension of multiphase mixed solution; the mixed solution was dispersed in the interaction of electric stirring and ultrasonic, and heated to 70 DEG C for 80 ammonia reduction, centrifugation, washing and drying, and finally get the Cu coated W composite powder. The invention relates to a preparation method of Cu coated W composite powder, does not need the reduction process of tungsten copper oxide prepared by conventional method, simplifies the preparation process, the production cost is low, the obtained coating powder with core-shell structure, W Cu uniformly distributed components; and the powder has good suppression performance that is conducive to the preparation of homogeneous components of high performance W Cu composites.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于粉体材料制备领域，具有来说是涉及一种Cu包W复合粉体的制备方法。
技术介绍
W-Cu复合材料是一种由两种互不相溶的金属相所组成的假合金。因此，该复合材料兼有钨的高熔点、高硬度、低线膨胀系数和铜的高导电、高导热等优良性能，被广泛用作电接触器、真空断路器、热沉材料等功能和结构器件。目前，W-Cu复合材料的制备主要是依靠熔渗法及高温液相烧结法。由于钨粉硬度高、成形性差，在一般高温下难以获得高钨含量W-Cu材料所需要的骨架密度，采用熔浸法很难制备高致密的高钨含量W-Cu材料。受W和Cu之间的不相容性和低润湿性影响，常规高温液相烧结无法获得组织均匀、高致密度的高钨含量的W-Cu材料。为了提高复合材料的致密度，通常会对合金材料进行复杂的后序处理(如复压、复烧和热压等工艺)，这不仅提高了生产成本，同时还加大了制备工艺的复杂性。为了进一步提高W-Cu复合材料的烧结活性，拓展W-Cu复合材料的应用。超细复合粉体成为近年来制备高性能W-Cu复合材料的一种新方法。超细W-Cu复合粉体由于具有晶粒细小、表面活性大、良好的烧结驱动力等优点，可以较大程度降低烧结温度，促进颗粒重排，极大提高烧结体的致密度，从而提高复合材料的综合性能。目前制备超细复合粉体的方法主要有机械法和化学法，如机械热化学法、喷雾干燥法和溶胶-凝胶法等。例如，李君强等以CuO和WO3为原料，通过高能球磨后，再经360℃和750℃两个阶段的氢气还原作用，制备出钨包覆铜纳米复合粉体(Junqiang L,Wenge C,Wenjun T,et al.Nano-composite powder of tungsten coated copper produced by thermo-chemistry co-reduction[J].Rare Metal Materials and Engineering,2012,41(12):2091-2094)。但上述所制备的W-Cu复合粉体中易引入杂质，且需要两个阶段的氢气还原过程，工艺复杂。喷雾干燥法也称为热化学合成法，其制备过程包括原始溶液制备与混合、喷雾干燥和流化床转化三个阶段。苏维丰等采用喷雾干燥-氢还原法获得了成分分别为W-10％Cu、W-15％Cu和W-20％Cu的超细W-Cu复合粉末(苏维丰，熊宁，周武平等.一种制备W-Cu复合材料的新工艺[J].粉末冶金材料科学与工程,2007,12(6):369-373)。喷雾干燥法适于大批量生产，工艺过程控制简单，且不易引入其他的杂质元素，但对粉末前驱体还原过程的控制较为重要。对于以颗粒重排为烧结致密化主导机制的W-Cu体系来说，原料粉体组分均匀化可明显改善其烧结性能。在W粉表面均匀包覆一层Cu可以避免W与W的直接接触，促进复合粉体组分的均匀分布，减少成分偏析，强化基体界面最终提高复合材料的综合性能。例如，张联盟等采用化学镀制备出均匀包覆结构的W-Cu复合粉体，烧结体密度高达98.4％(Lianmeng Zhang,Wenshu Chen,Guoqiang Luo,et al.Low-temperature densification and excellent thermal properties of W–Cu thermal-management composites prepared from copper-coated tungsten powders[J].Journal of Alloys and Compounds,2014,588:49-52.)。但化学镀铜工艺过程复杂，且所用的还原剂对环境有严重污染。
技术实现思路
为了解决上述现有技术所存在的不足，本专利技术提供了一种Cu包W复合粉体的制备方法，旨在避免常规制备方法中钨铜氧化物还原过程，简化制备工艺、降低制备成本。本专利技术提供的Cu包W复合粉体的制备方法，可以称为“蒸氨还原沉淀”方法。所谓蒸氨还原就是以W粉和可溶性铜盐为原料，原料铜盐溶于水与氨水形成铜氨络合物水溶液，并加入原料W粉形成多相混合溶液，将多相混合溶液在一定温度下进行加热蒸氨。在加热蒸氨过程中，混合液中Cu2+作为氧化剂被直接还原成Cu单质，W粉被部分氧化成W6+形成钨酸盐。本专利技术为解决技术问题，采用如下技术方案：本专利技术Cu包W复合粉体的制备方法，其特点在于按如下步骤进行：a、以超细W粉和可溶性铜盐为原料，将可溶性铜盐溶于水中，加入氨水形成铜氨络合物水溶液，再加入超细W粉，形成W粉处于悬浮状态的多相混合溶液；b、将多相混合溶液加热蒸氨；c、将蒸氨后的混合溶液进行离心，对所得沉淀洗涤、干燥，即获得Cu包W复合粉体。本专利技术Cu包W复合粉体的制备方法，其特点也在于：步骤a所述超细W粉为粒度≤0.8μm的商业W粉，所述可溶性铜盐为硝酸铜或硫酸铜。W粉与可溶性铜盐的配比以W和Cu元素计算，以最终满足Cu包W复合粉体中Cu含量为准；W粉加入量为按计量比所需量和W粉因被氧化导致的损耗量；W粉的损耗量与Cu元素的摩尔比为1：3。步骤a所述铜氨络合物以Cu(NH3)42+形式存在的，氨水加入量以Cu2+为准，Cu2+与NH3的摩尔比为1:8。步骤b所述加热蒸氨的过程为：将铜氨络合物水溶液与W粉形成的多相混合溶液在电动搅拌和超声波的共同作用下进行分散，并加热到70-80℃进行蒸氨，直至溶液pH值达到中性。优选的，所述电动搅拌分散的转速为300-400r/min。优选的，所述超声波分散频率为40KHz，功率为300-400W。步骤c所述洗涤为加去离子水洗涤，并多次重复。步骤c所述干燥是在鼓风干燥箱中60℃下干燥至恒重。本专利技术所得W-Cu复合粉体通过常规成形、烧结工艺可获得高致密度的烧结体(复合材料)。在低于1400℃烧结后，所获烧结体的相对密度高于97％，晶粒尺寸为1-1.8μm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：本专利技术是基于氧化还原的原理，通过对铜氨络合物水溶液和W粉的多相混合溶液加热蒸氨，直接获得Cu包W复合粉体。本专利技术Cu包W复合粉体的制备方法，工艺过程简单，特别是不需要常规制备方法中钨铜氧化物还原过程，制备成本较低，所获得的包覆粉具有核壳结构，W-Cu组分分布均匀。该粉末具有良好的压制性能，有利于制备组分均匀的高性能W-Cu复合材料。附图说明图1为本专利技术制备Cu包W复合粉体的工艺流程图；图2为本专利技术实施例1制备的W-Cu复合粉体的X-衍射分析结果；图3为本专利技术实施例1制备的W-Cu复合粉体的SEM照片；图4为由本专利技术实施例1的W-Cu复合粉体所制备的W-Cu烧结体断面的SEM照片；图5为本专利技术实施例2制备的W-Cu复合粉体的X-衍射分析结果；图6为本专利技术实施例2制备的W-Cu复合粉体的TEM照片。具体实施方式实施例1如图1所示，本实施例按如下步骤制备Cu包W复合粉体：将7.56g三水合硝酸铜溶于100mL去离子水中，按照Cu2+和NH3摩尔比为1：8加入浓度为25％的氨水，形成铜氨络合物水溶液。称取20g平均粒度约为0.8μm的W粉加入到铜氨络合物水溶液中，配制成500mL多相混合溶液。将多相混合溶液置于超声清洗器中，在超声波和电动搅拌共同作用下进行分散，其中超声波分散频率为40KHz、功率为300-400W，电动搅拌分散的转速为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Cu包W复合粉体的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：a、以超细W粉和可溶性铜盐为原料，将可溶性铜盐溶于水中，加入氨水形成铜氨络合物水溶液，再加入超细W粉，形成W粉处于悬浮状态的多相混合溶液；b、将多相混合溶液加热蒸氨；c、将蒸氨后的混合溶液进行离心，对所得沉淀洗涤、干燥，即获得Cu包W复合粉体。

【技术特征摘要】
1.一种Cu包W复合粉体的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：a、以超细W粉和可溶性铜盐为原料，将可溶性铜盐溶于水中，加入氨水形成铜氨络合物水溶液，再加入超细W粉，形成W粉处于悬浮状态的多相混合溶液；b、将多相混合溶液加热蒸氨；c、将蒸氨后的混合溶液进行离心，对所得沉淀洗涤、干燥，即获得Cu包W复合粉体。2.根据权利要求1所述的Cu包W复合粉体的制备方法，其特征在于：步骤a所述超细W粉为粒度≤0.8μm的商业W粉，所述可溶性铜盐为硝酸铜或硫酸铜。3.根据权利要求1所述的Cu包W复合粉体的制备方法，其特征在于：W粉与可溶性铜盐的配比以W和Cu元素计算，以最终满足Cu包W复合粉体中Cu含量为准；W粉加...

【专利技术属性】
技术研发人员：程继贵，陈会培，陈闻超，魏邦争，罗雪婷，罗来马，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34