The invention relates to a low-temperature rapid preparation method of high density nanocrystalline tungsten-copper matrix bulk composites, belonging to the technical field of refractory metals and powder metallurgy. A series of tungsten-copper based alloys with densification above 95% and adjustable average grain size of less than 100 nanometres and copper content were successfully prepared by ball milling of raw materials such as tungsten powder, zirconium carbide, chromium and copper, using the combined action of grain boundary element segregation and nano-dispersed particles, combined with rapid spark plasma sintering under low temperature and high pressure. Block composite materials. The present invention solves the contradiction between material compactness and grain size growth during sintering process in the field of refractory metals and non-ferrous alloys for many years.
【技术实现步骤摘要】
一种高致密度纳米晶钨铜基块体复合材料的低温快速制备方法
本专利技术涉及一种兼具高致密度和纳米晶组织的钨铜基块体复合材料的低温快速制备方法,可制备不同铜含量的致密纳米晶钨铜基复合材料,属于难熔金属和粉末冶金
技术介绍
钨铜基复合材料因同时具备钨和铜的特点优势,具有高的强度、硬度、导电导热等优良性能,已经成为国民经济和军事、航空航天等领域必不可少的材料,如电极电触头材料、热沉封装材料、火箭喷嘴、导弹喷管喉衬、燃气舵等高温部件。随着工业应用的拓广和高端需求的出现,各种极端、苛刻的服役环境对部件器件的综合性能提出了更高的要求,如高温下更好的热稳定性、更高的强度、更强的耐磨性,等等。目前,传统的微米级粗晶和亚微米级超细晶钨铜材料已很难满足高温下高性能的要求。相比之下,纳米晶组织的钨铜基复合材料比传统粗晶组织的材料具有更高的硬度、耐磨性、强度、抗热震性等,可望解决高温高性能需求这一难题。根据文献检索,以往研究中已能制备出纳米尺度的钨铜复合粉末,但未见关于兼具高致密度和纳米晶组织的钨铜基块体复合材料的报道。如何用粉末冶金的方法获得既有高的致密性又具有真正纳米晶组织的块体材料(即致密度在95%以上,平均晶粒尺寸在100纳米以下;以前有文献报道,将平均晶粒尺寸在200nm以下的材料称为纳米材料,是不准确的),是难熔金属和有色合金领域新的研发热点和技术挑战。基于以上背景,本专利技术提出了一种兼具高致密度和纳米晶组织的钨铜基块体复合材料的低温快速制备方法。利用晶界元素偏聚和纳米弥散颗粒的共同作用,结合放电等离子快速烧结方法,在低温、高压的条件下实现快速固相烧结致密化, ...
【技术保护点】
1.一种高致密度纳米晶钨铜基块体复合材料的低温快速制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)以钨粉、碳化锆、铬、铜为原料,按照质量比为(56.05~84.55):1:(2.95~4.45):(10~40)进行成分设计,首先按照化学计量比进行钨粉、铬和碳化锆的配料,并将其进行球磨,采用行星式球磨机、硬质合金罐及磨球;(2)在步骤(1)得到的混合粉中加入铜粉,无水乙醇作为球磨介质进行球磨;(3)将步骤(2)得到的粉末在干燥箱中干燥10~15h,取适量粉末装入石墨模具中,粉末与模具之间用碳纸隔开,将粉末进行预压,压力为10~20MPa,随后在放电等离子烧结炉中完成装模;(4)在烧结过程通电流之前,将烧结压力设为45~55MPa,在放电等离子烧结室中真空度为6~10Pa的条件下,开始通电流升温,速率为80~120℃/min,升温同时增加烧结压力,升压速率为11~15MPa/min,压力达到90~110MPa后保持压力恒定,继续升温至920~990℃保温5~10min,保温结束后关闭电流使样品随炉冷却至室温。
【技术特征摘要】
1.一种高致密度纳米晶钨铜基块体复合材料的低温快速制备方法,其特征在于,包括以下步骤:(1)以钨粉、碳化锆、铬、铜为原料,按照质量比为(56.05~84.55):1:(2.95~4.45):(10~40)进行成分设计,首先按照化学计量比进行钨粉、铬和碳化锆的配料,并将其进行球磨,采用行星式球磨机、硬质合金罐及磨球;(2)在步骤(1)得到的混合粉中加入铜粉,无水乙醇作为球磨介质进行球磨;(3)将步骤(2)得到的粉末在干燥箱中干燥10~15h,取适量粉末装入石墨模具中,粉末与模具之间用碳纸隔开,将粉末进行预压,压力为10~20MPa,随后在放电等离子烧结炉中完成装模;(4)在烧结过程通电流之前,将烧结压力设为45~55MPa,在放电等离子烧结室中真空度为6~10Pa的条件下,开始通电流升温,速率为80~120℃/min,升温同时增加烧结压力,升压速率为11~15MPa/min,压力达到90~110M...
【专利技术属性】
技术研发人员:宋晓艳,曹立军,侯超,
申请(专利权)人:北京工业大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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