一种原位析出Nb强化CuW复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种原位析出Nb强化CuW复合材料的制备方法，具体按以下步骤实施：步骤1，将W粉和Nb粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中进行第一步球磨，得到W‑Nb复合粉末；然后将得到的W‑Nb复合粉末与Cu粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中进行第二步球磨，得到W‑Nb‑Cu复合粉末；步骤2，将步骤1得到的复合粉末装入冷压模具内，对其进行预压制、保压，得到复合材料生坯；步骤3，将步骤2得到的生坯装入可加压模具中，在气氛保护热压炉内通氢气进行热压烧结，得到原位析出Nb强化CuW复合材料。该方法，实现了CuW复合材料的力学性能和耐电弧烧蚀性能的显著提高。

Preparation of in-situ precipitated Nb-reinforced CuW Composites

The invention discloses a preparation method of in-situ precipitated Nb-strengthened CuW composite material, which is implemented in the following steps: step 1, mixing W powder and Nb powder into a ball mill tank, putting them into a ball mill for the first step of ball milling, and obtaining W-Nb composite powder; then mixing the obtained W-Nb composite powder with Cu powder and putting them into a ball mill tank; In step 2, the composite powder obtained in step 1 is loaded into the cold-pressing die, pre-pressed and retained, and the composite green billet is obtained. In step 3, the green billet obtained in step 2 is loaded into the compressible die to protect the hot-pressing furnace from hydrogen in the atmosphere. The in-situ precipitated Nb-reinforced CuW composites were obtained by hot pressing sintering. By this method, the mechanical properties and arc ablation resistance of CuW composites were significantly improved.

【技术实现步骤摘要】
一种原位析出Nb强化CuW复合材料的制备方法
本专利技术属于复合材料制备
，具体涉及一种原位析出Nb强化CuW复合材料的制备方法。
技术介绍
CuW复合材料因具有W的高熔点、高强度、抗电蚀性、抗熔焊性，同时又兼具Cu的高导电、高导热及良好的塑性等性能在高压开关触头材料、核聚变功能梯度材料等领域发挥着不可替代的作用。随着特高压电网的发展，对触头材料的力学性能和耐电弧烧蚀性能提出了更高的要求。已有很多研究报道，添加稀土氧化物或者碳化物等陶瓷相可以有效提高CuW复合材料的耐电弧烧蚀性能，但是往往带来力学性能尤其是韧性的降低。而Ni、Mo等金属元素的加入，会由于在Cu中强烈固溶无法析出而带来复合材料导电性能的降低；或由于与Cu或W不互溶而难以混合均匀，无法获得力学性能和耐电弧烧蚀性能等综合性能的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种原位析出Nb强化CuW复合材料的制备方法，能够实现CuW复合材料的力学性能和耐电弧烧蚀性能的显著提高。本专利技术所采用的技术方案是：一种原位析出Nb强化CuW复合材料的制备方法，具体按以下步骤实施：步骤1，两步球磨制粉将W粉和Nb粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中进行第一步球磨，得到W-Nb复合粉末；然后将得到的W-Nb复合粉末与Cu粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中进行第二步球磨，得到W-Nb-Cu复合粉末；步骤2，制备复合材料生坯将步骤1得到的复合粉末装入冷压模具内，对其进行预压制、保压，得到复合材料生坯；步骤3，热压烧结将步骤2得到的生坯装入可加压模具中，在气氛保护热压炉内通氢气进行热压烧结，得到原位析出Nb强化CuW复合材料。本专利技术的特点还在于，步骤1中，W-Nb-Cu复合粉末按质量百分比分别由W粉60％～90％，Cu粉9.5％～30％，Nb粉0.5％～15％混合而成，以上组分质量百分比之和为100％。步骤1中，第一步球磨，具体为：将W粉和Nb粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中，球料比为4:1～40:1，球磨过程控制剂为5％无水乙醇，转速为100～500r/min，球磨时间为2～40h，得到W-Nb复合粉末；步骤1中，第二步球磨，具体为：将第一步球磨得到的W-Nb复合粉末与Cu粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中，球料比为4:1～40:1，球磨过程控制剂为5％无水乙醇，转速为100～500r/min，球磨时间为2～40h，通过第二步球磨得到W-Nb-Cu复合粉末。步骤2中，预压制要求为：预压制压力20～400MPa，保压时间为30～120s。步骤3中，具体烧结参数及过程为：以10～35℃/min的升温速度升温到800～950℃保温30～60min，再以5～10℃/min的升温速率升到1000～1100℃后加压20～40MPa并保温保压烧结30～60min后卸压，以15～35℃/min的升温速度升温到1100～1350℃保温烧结30～120min，之后随炉冷却，即得到原位析出Nb强化CuW复合材料。本专利技术的有益效果是：本专利技术在CuW复合材料中首先通过两步球磨使Nb实现了完全固溶，并且实现粉末的双峰分布，有利于后续烧结过程中的颗粒重排，从而增加材料致密度；然后将两步球磨后的复合粉末通过热压烧结使Nb发生了原位析出，析出的Nb以纳米级或亚微米级粒子形式均匀弥散分布在Cu/W基体中，发挥了明显的界面力学强化作用，以及电弧烧蚀过程中有效分散电弧的作用，实现了CuW复合材料综合性能的显著提高。附图说明图1是本专利技术实施例5第一步球磨制备得到的W-Nb复合粉末粉末粒度分布图；图2是本专利技术实施例5第二步球磨制备得到的W-Nb-Cu复合粉末粒度分布图；图3是本专利技术实施例5第一步球磨和第二步球磨后的复合粉末XRD及热压烧结后得到的原位析出Nb强化CuW复合材料XRD；图4是本专利技术实施例5热压烧结得到的原位析出Nb强化CuW复合材料SEM形貌图；图5是本专利技术实施例5热压烧结得到的原位析出Nb强化CuW复合材料压缩应力-应变曲线；图6是本专利技术实施例5热压烧结得到的原位析出Nb强化CuW复合材料50次电击穿后的SEM形貌图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供了一种原位析出Nb强化CuW复合材料的制备方法，具体按以下步骤实施：步骤1，两步球磨制粉按质量百分比分别为W粉60％～90％，Cu粉9.5％～30％，Nb粉0.5％～15％称取粉末，首先将W粉和Nb粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中进行第一步球磨，球料比为4:1～40:1，球磨过程控制剂为5％无水乙醇，转速为100～500r/min，球磨时间为2～40h，通过第一步球磨得到W-Nb复合粉末；然后将得到的W-Nb复合粉末与Cu粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中进行第二步球磨，球料比为4:1～40:1，球磨过程控制剂为5％无水乙醇，转速为100～500r/min，球磨时间为2～40h，通过第二步球磨得到W-Nb-Cu复合粉末。步骤2，制备复合材料生坯将步骤1得到的复合粉末装入冷压模具内，对其在压力20～400MPa下进行预压制，保压30～120s后形成复合材料生坯。步骤3，热压烧结将步骤2得到的生坯装入可加压模具中，在气氛保护热压炉内通氢气进行热压烧结，以10～35℃/min的升温速度升温到800～950℃保温30～60min，再以5～10℃/min的升温速率升到1000～1100℃后加压20～40MPa并保温保压烧结30～60min后卸压，以15～35℃/min的升温速度升温到1100～1350℃保温烧结30～120min，之后随炉冷却，即得到原位析出Nb强化CuW复合材料。实施例1步骤1，两步球磨制粉按质量百分比分别为W粉60％，Cu粉25％，Nb粉15％称取粉末，首先将W粉和Nb粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中进行第一步球磨，球料比为40:1，球磨过程控制剂为5％无水乙醇，转速为100r/min，球磨时间为40h，通过第一步球磨得到W-Nb复合粉末；然后将得到的W-Nb复合粉末与Cu粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中进行第二步球磨，球料比为20:1，球磨过程控制剂为5％无水乙醇，转速为100r/min，球磨时间为40h，通过第二步球磨得到W-Nb-Cu复合粉末。步骤2，制备复合材料生坯将步骤1得到的复合粉末装入冷压模具内，对其在压力20MPa下进行预压制，保压120s后形成复合材料生坯。步骤3，热压烧结将步骤2得到的生坯装入可加压模具中，在气氛保护热压炉内通氢气进行热压烧结，以10℃/min的升温速度升温到800℃保温30min，再以5℃/min的升温速率升到1000℃后加压40MPa并保温保压烧结60min后卸压，以15℃/min的升温速度升温到1100℃保温烧结120min，之后随炉冷却，即得到原位析出Nb强化CuW复合材料。实施例2步骤1，两步球磨制粉按质量百分比分别为W粉90％，Cu粉9.5％，Nb粉0.5％称取粉末，首先将W粉和Nb粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中进行第一步球磨，球料比为4:1，球磨过程控制剂为5％无水乙醇，转速为500r/min，球磨时间为2h，通过第一步球磨得到W-Nb复合粉末；然后将得到的W-Nb复合粉末与Cu粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中进行第二步球磨，球料比为40:1，球磨过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种原位析出Nb强化CuW复合材料的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，两步球磨制粉将W粉和Nb粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中进行第一步球磨，得到W‑Nb复合粉末；然后将得到的W‑Nb复合粉末与Cu粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中进行第二步球磨，得到W‑Nb‑Cu复合粉末；步骤2，制备复合材料生坯将步骤1得到的复合粉末装入冷压模具内，对其进行预压制、保压，得到复合材料生坯；步骤3，热压烧结将步骤2得到的生坯装入可加压模具中，在气氛保护热压炉内通氢气进行热压烧结，得到原位析出Nb强化CuW复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种原位析出Nb强化CuW复合材料的制备方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，两步球磨制粉将W粉和Nb粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中进行第一步球磨，得到W-Nb复合粉末；然后将得到的W-Nb复合粉末与Cu粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中进行第二步球磨，得到W-Nb-Cu复合粉末；步骤2，制备复合材料生坯将步骤1得到的复合粉末装入冷压模具内，对其进行预压制、保压，得到复合材料生坯；步骤3，热压烧结将步骤2得到的生坯装入可加压模具中，在气氛保护热压炉内通氢气进行热压烧结，得到原位析出Nb强化CuW复合材料。2.根据权利要求1所述的一种原位析出Nb强化CuW复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，W-Nb-Cu复合粉末按质量百分比分别由W粉60％～90％，Cu粉9.5％～30％，Nb粉0.5％～15％混合而成，以上组分质量百分比之和为100％。3.根据权利要求1所述的一种原位析出Nb强化CuW复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1中，第一步球磨，具体为：将W粉和Nb粉混合后放入球磨罐，置于球磨机中，球料比为4:1～40:1，球磨过程控...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓龙超，梁淑华，秦智聪，赵昭，陈秋羽，张一恒，罗斌，张俊璐，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61