一种高铜含量钨铜粉体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高铜含量钨铜粉体及其制备方法，钨铜粉体组分及质量百分比为：稀土金属氧化物0

【技术实现步骤摘要】
一种高铜含量钨铜粉体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及粉末冶金
，具体涉及一种高铜含量钨铜粉体及其制备方法。

技术介绍

[0002]钨铜合金兼具钨的高密度、高熔点、高强度、低膨胀系数和铜的良好延展性、高导热导电性能等优点，且可通过调整钨铜元素比例来设计和调控合金的性能（如电学、热学及机械性能等），因此广泛应用于电力、铁路、电子电器、冶金等行业。
[0003]由于W和Cu互不溶解，无论液相烧结或固相烧结均难得到近全致密的产品。近年来，利用超细钨铜复合粉末制备高致密钨铜合金得到了极大的关注。钨铜粉体的纳米化以及成分的均匀化均可提高其烧结活性，从而获得物理性能良好、致密度高的的钨铜合金。现有的粉体制备方法有化学共沉淀法，喷雾干燥法、溶胶凝胶法等，但此类方法工艺繁项，不易操作，且制得的复合粉末分散性、均匀性不高；机械混合法制备的原料粉体容易引入杂质，这些弊端将影响后续的制备工艺，降低合金的性能。
[0004]在高铜含量钨铜粉体的制备工艺中，合金粉体需要在氢气中进行还原，若还原温度低，则粉体中钨的氧化物不能完全还原，粉体中会残留钨的氧化物；还原温度高，粉体中存在大量的纳米铜粉体，易发生熔融粘结，严重时发生铜粉的烧结。因此，在高铜含量钨铜粉体还原的过程中，如何保证钨的氧化物完全还原，又能最大程度的减少纳米铜粉的熔融粘结是急需解决的难题。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本专利技术的目的在于提供一种高铜含量钨铜粉体及其制备方法，该方法可制备出铜含量高、分散性均匀性好、纳米级的钨铜粉体。
[0006]本专利技术首先配置可溶性金属盐溶液，金属盐溶液与尿素溶液混合后经水热反应制得氧化物粉体，然后将金属氧化物粉体与钨盐粉体球磨混合均匀，最后将混合粉体在还原气氛中进行两段还原反应，得到高铜含量钨铜粉体。
[0007]本专利技术高铜含量钨铜粉体的制备方法，具体步骤如下：1）以水为溶剂，分别配置可溶性铜盐溶液、可溶性稀土金属盐溶液和尿素溶液，将以上溶液搅拌混合均匀，得到混合溶液；其中，可溶性铜盐和可溶性稀土金属盐的比例根据目标产物中的含量来计算，金属离子（铜离子和稀土金属离子）与尿素的摩尔比为1：（1
‑
1.1）。
[0008]2）将步骤1）的混合溶液置于水热反应釜中进行水热反应，反应产物经过滤、洗涤、干燥，得到氧化铜和稀土氧化物复合粉体。
[0009]在水热反应的过程中，尿素首先发生水解，水解产物与铜离子反应生成碱式碳酸铜，碱式碳酸铜分解生成纳米级别的氧化铜，稀土氧化物的生成原理与氧化铜类似。
[0010]3）以无水乙醇为介质，将步骤2）的复合粉体与钨盐粉体进行球磨，粉体球磨后经干燥得到混合粉体；所述钨盐为仲钨酸铵或钨酸铵；复合粉体与钨盐粉体的比例根据目标
产物中的含量来计算。
[0011]球磨过程使得氧化铜与钨盐粉体混合均匀，粉体粒度更为细小；同时球磨过程提高了粉体的应力、应变、缺陷，并导致大量纳米晶界、相界产生，增加了系统的储能，粉体活性大大提高，可促进后续氢还原反应进程。
[0012]4）将步骤3）的混合粉体置于氢还原气氛中，经两段还原反应，得到高铜含量钨铜粉体；其中，一段还原反应温度为400
‑
600℃，二段还原反应温度为700
‑
800℃。
[0013]在一段还原过程中，氧化铜粉体被还原为金属铜粉，仲钨酸铵或钨酸铵先发生物理吸附水和化学吸附水的脱除，然后分解并释放NH3和H2O，随着温度上升继续发生分解生成WO3；生成的WO3被氢还原生成一系列钨的低价氧化物；再经二段氢还原过程，最终得到高铜含量钨铜粉体。
[0014]前述高铜含量钨铜粉体的制备方法还可在以下条件进一步实施：步骤1）中所述水为去离子水或蒸馏水。
[0015]步骤1）中所述可溶性铜盐优选为硝酸铜、氯化铜、硫酸铜中的一种；铜盐溶液浓度为0.3
‑
2.0mol/L。
[0016]步骤1）中所述稀土金属盐溶液浓度为0.2
‑
1.0mol/L，稀土金属为镧、钇、铈和钆中的一种或几种混合。
[0017]步骤1）中所述尿素溶液的浓度为0.5
‑
1.5mol/L。
[0018]步骤2）中水热反应压力为8
‑
18Mpa，温度为180
‑
200℃，反应时间为16
‑
24h。
[0019]步骤3）中球磨转速为800
‑
1600rpm，球磨时间为0.5
‑
1.5h。
[0020]步骤4）中一段还原保温时间0.5
‑
3h，二段还原保温时间1
‑
4h。
[0021]前述制备方法制备的高铜含量钨铜粉体，其组分及质量百分比为：稀土金属氧化物0
‑
4%、铜40
‑
90%、钨10
‑
60%；其中，稀土氧化物为氧化镧、氧化钇、氧化铈、氧化钆中的一种或几种混合。
[0022]本专利技术的有益效果：1）本专利技术无需热分解即在反应釜中一步制备氧化铜及稀土氧化物复合粉体，并采用仲钨酸铵或钨酸铵为钨源，减少了现有方法中前驱体溶液雾化、干燥、煅烧分解等过程。在氢还原工序中完成钨源粉体的煅烧，不但能够缩短生产工序、节约生产成本，更有利于得到性能良好的钨铜复合粉体。
[0023]2）本专利技术将氧化物粉体和钨盐进行球磨，在使粉末混合均匀的同时，提高了粉体的应力、应变、缺陷，并导致大量纳米晶界、相界产生，增加了系统的储能，粉体活性大大提高，加快后续的氢还原的进程，降低反应温度；在一段还原过程中，球磨后的仲钨酸铵或钨酸铵粉体逐步分解生成钨的氧化物，这些氧化物来不及长大就被快速还原成低价氧化物，为二段还原得到晶粒细小的钨粉体提供了条件。分散均匀且晶粒细小的钨粉体同时也降低了纳米铜粉的熔融粘结，因此该方法制备的钨铜粉体粒度更为均匀细小,粉体粒径范围在80
‑
120nm之间。
[0024]3）本专利技术制备方法还可对钨铜粉体进行稀土氧化物掺杂，稀土氧化物作为硬质相分散在粉体间，在制备钨铜合金的烧结过程中起到抑制晶粒长大的作用；稀土氧化物还可提升钨铜合金的强度、韧性等性能。
[0025]4）本专利技术可充分利用现有的钨粉还原工艺及设备，制备出成分分布范围广、颗粒
超细、组织均匀的高铜含量钨铜粉体及其掺杂稀土氧化物粉体。该工艺简单、操作容易，节约能源，得到的粉体可有效改善钨铜合金的烧结性能，有利于制备出致密度较高、导热导电性能优异的钨铜合金。
附图说明
[0026]图1实施例1样品的SEM图；图2实施例2样品的SEM图；图3实施例3样品的SEM图；图4实施例4样品的SEM图；图5实施例4样品的TEM图；图6实施例4样品XRD衍射分析图。
具体实施方式
[0027]为更好的理解本专利技术，下面结合实例对本专利技术做进一步说明，但是本专利技术要求保护范围并不局本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高铜含量钨铜粉体，其特征在于该粉体的组分及质量百分比为：钨10
‑
60%，铜40
‑
90%，稀土金属氧化物0
‑
4%；粉体的粒度为80
‑
120nm。2.如权利要求1所述的高铜含量钨铜粉体，其特征在于所述稀土氧化物为氧化镧、氧化钇、氧化铈、氧化钆中的一种或几种混合。3.一种如权利要求1所述高铜含量钨铜粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）以水为溶剂，分别配置可溶性铜盐溶液、可溶性稀土金属盐溶液和尿素溶液，将以上溶液搅拌混合均匀，得到混合溶液；2）将步骤1）的混合溶液置于水热反应釜中进行水热反应，反应产物经过滤、洗涤、干燥，得到氧化铜和稀土氧化物复合粉体；3）以无水乙醇为介质，将步骤2）的复合粉体与钨盐粉体进行球磨，粉体球磨后经干燥得到混合粉体；4）将步骤3）的混合粉体置于氢还原气氛中，经两段还原反应，得到高铜含量钨铜粉体。4.如权利要求3所述高铜含量钨铜粉体的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述水为去离子水或蒸馏水。5.如权利要求3所述高铜含量钨铜粉体的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述可溶性铜盐为硝酸铜、氯化铜、硫酸铜中的一种；可溶性铜盐溶液浓度为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：王喜然，魏世忠，李秀青，于华，张程，徐流杰，陈冲，毛丰，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：