细晶钨－铜复合材料的制备方法，它是由Ｗ－Ｃｕ粉末混合后，再经高能球磨，并添加液态介质和表面活性剂，然后干燥得到纳米Ｗ－Ｃｕ复合粉末，接着采用固相烧结制备成高致密度合金，其特征在于： ①合金的组成成分为：（１００－χ）Ｗ－χＣｕ，χ为５－５０％，主要成分为Ｗ； ②将Ｗ和Ｃｕ两种粉末按比例混合１２小时，得到Ｗ－Ｃｕ混合粉末； ③将混合粉末放入高能球磨机的球磨筒中，加入钨球或硬质合金球，球料比为５∶１～２０∶１，加入介质比为０．８～２．０的液态球磨介质，加入１－５ｗｔ％的表面活性剂进行高能球磨，抽真空达到１×１０－２ＭＰａ，通入保护气氛（Ｎ↓［２］、Ａｒ等），球磨时间为５－６０小时，得到粉末液体； ④将粉末液体进行干燥，制得晶粒度为２０－５０ｎｍ，粒度为０．２－０．５μｍ的纳米晶结构的Ｗ－Ｃｕ超细复合粉末； ⑤将纳米晶Ｗ－Ｃｕ复复粉末在２００～５００ＭＰａ的压力下成形坯体； ⑥将压坯放入烧结炉中进行烧结，通入保护气氛Ｈ↓［２］或分解氨或真空；以５℃／ｍｉｎ－２０℃／ｍｉｎ的升温速度升到４００℃－７００℃，保温５ｍｉｎ－１２０ｍｉｎ后再以２０℃／ｍｉｎ－６０℃／ｍｉｎ的速度升到烧结温度１１５０℃－１３５０℃，保温３０ｍｉｎ－１２０ｍｉｎ，得到致密度为９７－９９．５％、Ｗ晶粒为１－２μｍ、拉伸强度为７００－８００ＭＰａ的Ｗ－Ｃｕ合金；。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纳米材料技术和粉末冶金技术制造合金领域，特别是制备高强度全致密细晶钨-铜复合材料，它是将元素粉末经混合后，再在液态介质下，加入表面活性剂，经过高能球磨，接着采用烧结制备而成。
技术介绍
W-Cu复合材料具有W和Cu的优点，其密度高、热膨胀系数低，导性好、导热性好，广泛用作电接触材料、电极材料和现代微电子信息工业中用作微波功率器件基片、连接件、散热组件等电子封装材料和热沉材料。传统制备W-Cu复合材料方法一般为高温液相绕结法和熔浸法。采用高温液相烧结所制备合金材料的密度只有94-95％左右，添加Ni、Co等活化剂采用活化液相烧结，可以使致密度达到98-99％，但对合金的导电性和导热性能有不利的影响。采用铜熔渗法可以使合金达到99％的致密度，但铜熔渗法限制了合金的成分，同时所得显微组织结构粗大，合金的力学性能极低。有关W-Cu复合粉末的制备法在国外已有报道。美国专利United States Patent 5,956,560公开了一种采用化学包覆法将W粉表面均匀包覆一层Cu粉的方法，但该法易于引入夹杂，而且不能生产达到纳米尺度的粉末。专利号为United States Patent 5,352,269公开了一种采用喷雾热转换制备纳米相复合粉末的方法，该专利采用喷雾干燥和流态化床制备100nm以下的纳米相WC-Co复合粉末，但未报道制备纳米相W-Cu复合粉末。国内未见有关超细、纳米W-Cu复合粉末专利报道及高强细晶钨-铜复合材料制备工艺报道。但对制备纳米W-Cu复合粉末的制备方法国外已有研究。美国Jim-Chun Kim等人在TheInternational Journal of Powder Metallurgy(1999，No.4，47-55)“Metal Injection Molding of Nano-structured W-CuComposite Powder”中对W-30Cu混合粉末采用机械合金化得到晶粒度为20nm的纳米晶W-30Cu复合粉末，该粉末在1200℃烧结得到晶粒为1μm、密度为97％的合金材料。很显然Jim-ChunKim等人采用机械合金化不能制备近全致密和力学性能好的W-Cu复合材料。G.G.Lee等人在Powder Metallurgy(2000，No.1，79-82)“Synthesis of high density ultrafine W/Cu Compositealloy by Mechano-thermo Chemical Process”采用机械—热化学合成工艺纳米W-Cu复合粉末，该方法以偏钨酸铵和硝酸铜为原料，配制成溶液，然后采用喷雾干燥得到纳米W-Cu复合粉末，该粉末在1050℃-1200℃烧结得到显微组织为1μm左右的细晶W-Cu合金，但有关合金的密度和力学性能未见报道。SrikanthRaghunathan等人在P/M Science & Technology(1999，No.1，9-14)“Synthesis and Evaluation of advanced nano-crystallinetungsten based materials”。该文章报道了采用钨酸钠晶体与醋酸铜晶体为原料，将其配制成混合溶液，得到W-Cu固溶体胶体，W颗粒表面涂Cu的厚度尺寸为25-75nm。但涂层厚度不一，采用该方法工艺过程过于复杂，不适于批量制备纳米W-Cu复合粉末，而且该文章中未对粉末的烧结性能进行报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是综合利用已有技术的长处，克服已有技术的不足之处，从而制备具有高的拉伸性能的高致密细晶W-Cu复合材料。用该方法制备的W-Cu合金材料，晶粒组织为1-2μm；拉伸断裂强度高，达到700-800MPa，延伸率为3.5-5.0％；致密度为99％以上，克服传统W-Cu复合材料密度低、无拉伸强度等力学性能的缺点。本专利技术为达到上述目的，采用的方案是①合金的组成成分为(100-x)W-x Cu，x为5％-50％；②将W和Cu两种粉末按比例混合12小时，得到W-Cu混合粉末；③将混合粉末放入高能球磨机的球磨筒中，加入钨球或硬质合金球，球料比为5∶1～20∶1，加入介质比为0.8～2.0的液态球磨介质，加入1-5wt％的表面活性剂进行高能球磨，抽真空达到1×10-2MPa，通入保护气氛(N2、Ar等)，球磨时间为5-60小时，得到粉末液体；④将粉末液体进行干燥，制得晶粒尺寸为20-50nm，粒度为0.2μm-0.5μm的纳米晶W-Cu复合粉末；⑤将纳米晶W-Cu复合粉末在200-500MPa的压力下成形坯体；⑥将压坯放入烧结炉中进行烧结，通入保护气氛H2或分解氨或真空；以5℃/min-20℃/min的升温速度升到400℃-700℃，保温5min-120min后再以20℃/min-60℃/min的速度升到烧结温度1150℃-1350℃，保温30min-120min，得到W晶粒与粘结相均匀分布的无铜渗出的致密W-Cu合金。其密度达到98％-99.5％，W晶粒为1-2μm，合金的拉伸强度为700-900MPa，延伸率为3.0-5.0％，抗弯强度为1000-1100MPa。液体介质为甲醇、乙醇、丙酮、汽油或CH4表面活性剂为聚乙二醇(PEG)、吐温-20、硬脂酸(SA)、石蜡(PW)、OP乳化剂、十二烷基磺酸钠、N，N二甲基甲酰胺。加入的表面活性剂为一种、两种或三种。本专利技术的优点和积极效果，体现在①与常规高温液相烧结和Cu熔浸法相比，该专利技术技术所制备的W-Cu复合材料的致密度高，比常规方法制备的W-Cu合金致密度高出6％左右。②与常规方法相比，采用该专利技术技术所制备的W-Cu复合材料晶粒组织细小，只有1.0μm-2.0μm，Cu相更均匀地分布在W相的相界面，无Cu相渗出。③与常规方法相比，采用该专利技术技术制备的W-Cu复合材料的力学性能好，其拉伸强度可达700-900MPa，延伸率可达3.0-5.0％，抗弯强度可达1100-1300MPa。④与常规熔渗方法相比，采用该专利技术技术对合金的成分无特别要求，成分可以在较大范围内调整，制备工艺程序简化。⑤在高能球磨中加入液体介质和表面活性剂，达到了有效细化钨颗粒，避免了粉末团聚结块和粘壁的缺点，同时又在高能球磨时液态介质作为流体能使粉末充分混合均匀和达到均匀细化的目的，减少了球与球之间的直接碰撞所造成的磨损。而且表面活性剂均匀包覆在粉末表面形成一层很薄的保护膜，防止粉末表面直接与外界接触而导致粉末体氧化的现象，克服了纳米粉末储存困难的问题，减少了粉末夹杂，提高了制粉率。⑥该细晶W-Cu合金材料由于致密度高，克服了传统W-Cu材料用作封装材料由于致密度低而造成漏气率高的缺点，能够更好地用作电子封装材料。⑦该细晶W-Cu复合材料具有好的拉伸力学性能，给在一定程度上进行变形加工带来可能，从而进一步提高该合金材料的力学性能，适合于制备性能高的军工材料，特别是为用作破甲药性罩提供了可能。具体实施例方式下面结合实例作进一步说明。实施例1①称取400g钨粉和100g铜粉，将粉末在普通球磨机中混合12小时，得到原始混合粉末；②将原始混合粉末放入高能球磨机的球磨筒中，加入2500g钨球，加入400m本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：范景莲，黄伯云，张兆森，马运柱，汪登龙，吴恩熙，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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