一种钨骨架及其制备方法与用途技术

本发明专利技术提供了一种钨骨架及其制备方法与用途，所述制备方法包括以下步骤：将类球形钨粉装进模具，模具承载的类球形钨粉进行三段式热压烧结，得到钨骨架粗坯，对钨骨架粗坯依次进行粗磨、切割和清洗，得到所述钨骨架，得到的钨骨架纯度较高，孔隙分布较为均匀且相互连通，钨骨架晶粒尺寸可控，钨骨架经渗铜得到的钨铜合金具有很好的导电导热性，较好的高温强度和一定的塑性；所述制备方法采用三段式热压，且升温速率递减，方法简便，成本较低，安全性高。性高。性高。

【技术实现步骤摘要】
一种钨骨架及其制备方法与用途


[0001]本专利技术属于粉末冶金
，尤其涉及一种钨骨架及其制备方法与用途。

技术介绍

[0002]钨铜合金是钨和铜组成的合金。常用合金的含铜量为10％～50％，具有很好的导电导热性、较好的高温强度和一定的塑性。在很高的温度下，如3000℃以上，合金中的铜被液化蒸发，大量吸收热量，降低材料表面温度。所以这类材料也称为金属发汗材料。由于钨铜热沉材料是由互不固溶的钨和铜组成的假合金，该材料结合了钨的低的热膨胀系数、高硬度、高导热性能和铜的导电导热性能。针对材料的使用工况，通常采用改变铜含量的方法来达到目标的导热率、热膨胀系数，钨铜合金因其优异的理化性能，在航空航天、电子通信等领域得到广泛的应用。
[0003]钨铜合金因其性能和使用的工况的实际需要，要求其微观组织要均匀、杂质含量少，主要的制备方法有铜钨粉混合注模法、氧化铜粉基体法和钨骨架熔渗法。
[0004]CN114160787A公开了一种不收缩钨骨架的制造方法，所述制造方法在钨粉中添加氧化钨或氧化钼金属氧化物粉末，并加入石蜡或硬脂酸等作为成形剂，粉末混合均匀后在模具内压制成坯块；通过在200
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400℃气氛炉中脱胶，然后在氢气气氛中还原，还原温度在700
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900℃之间，形成不收缩钨骨架；采用氧化钨粉末使得钨骨架和钨铜合金的纯度不高，影响导电和导热性。
[0005]CN107498047A公开了一种钨铜复合材料及其制备方法，包括钨骨架、钨多孔体和铜填充相，所述钨骨架具有多孔的三维点阵结构，所述钨骨架的孔隙中填充有钨多孔体，所述钨多孔体与钨骨架之间具有孔隙，所述铜填充相填充在钨多孔体的孔隙中以及钨多孔体与钨骨架之间的孔隙中，所述钨多孔体和钨骨架形成的复合结构提高了钨铜复合材料的强度，所述铜填充相均匀分布在钨多孔体的孔隙以及钨多孔体与钨骨架之间的孔隙中，增强了钨铜复合材料的抗烧蚀性能；还提供了一种钨铜复合材料的制备方法，先采用高能束选区熔化成形的方法制备钨骨架，然后通过冷等静压法和高温烧结法使钨粉填充到钨骨架中形成钨多孔体，再与渗铜法相结合制备铜填充相，所述方法精确度高，高效可靠，但是所需的环境要求和造价过高，不适合用于工业生产。
[0006]CN114367664A公开了一种湿法制备不收缩钨骨架工艺，将脱胶并预烧后的钨压坯浸入含钨、钼盐溶液中，经一定时间后捞出并加热烘干，然后在氢气气氛加热，此时钨钼盐溶液析出物在氢气作用下发生还原反应并使钨颗粒之间形成烧结颈。烧结颈由于在还原阶段形成且温度较低，因此钨骨架不发生收缩。该方法通过控制溶液中钨或钼盐溶液浓度和浸入时间，能精确控制钨压坯中钨或钼元素添加量，且析出物在钨颗粒连接处均匀分布，保证钨骨架各处强度均匀一致。本专利技术降低了钨骨架形成温度，工艺简单，且由于钨骨架不收缩，能精确控制后续渗入金属含量，大大提高了熔渗产品化学成分及性能一致性；所述反应使用氢气高温反应，安全性较低。
[0007]为提升钨铜合金的纯度、均匀性，需要一种安全性较高、简便易操作的方法制备钨
铜合金。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的工艺复杂，氧化物的应用不同程度影响钨铜合金的热导率等问题，本专利技术提出了一种钨骨架及其制备方法与用途，以三段式控制升温速率、温度和压力的热压烧结步骤，控制产品钨骨架的致密度、纯度和晶粒尺寸，进一步通过渗铜得到性能优良的钨铜合金。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供了一种钨骨架热压烧结的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0011]将类球形钨粉装进模具，模具承载的类球形钨粉进行热压烧结，得到钨骨架粗坯，对钨骨架粗坯依次进行粗磨、切割和清洗，得到所述钨骨架。
[0012]本专利技术提供的钨骨架热压烧结的制备方法，采用热压设备对类球形钨粉进行加压烧结，其中热压烧结指将粉末填入模具内，再从单轴方向，使用压机设备对模具进行加压，边加压边加热，使成型和烧结同时完成的一种烧结方法，热压方法得到的钨骨架纯度较高，孔隙分布较为均匀且相互连通，不需要对氧化物进行氢气还原，也不需要额外添加强化金属，操作简便。
[0013]优选地，所述类球形钨粉的粒径为3
‑
20μm，例如可以是3μm、5μm、8μm、10μm、12μm、15μm、18μm或20μm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0014]优选地，所述模具的材质包括石墨。
[0015]优选地，类球形钨粉装进模具后的装模平面度＜1mm，例如可以是0.9mm、0.8mm、0.7mm或0.5mm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0016]优选地，所述三段式热压烧结包括如下步骤：
[0017](1)烧结初期：从初始温度以一段升温速率升温至第一温度，在第一温度和第一压力下烧结第一时间，保证钨骨架的致密度达到25
‑
35％，例如可以是25％、28％、30％、32％或35％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；
[0018](2)烧结中期：从第一温度以二段升温速率升温至第二温度，在第二温度和第二压力下烧结第二时间，保证钨骨架的致密度达到40
‑
55％，例如可以是40％、45％、50％或55％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用；
[0019](3)烧结后期：再从第二温度以三段升温速率升温至第三温度，在第三温度和第三压力下烧结第三时间，保证钨骨架的致密度达到60
‑
80％，例如可以是60％、65％、70％、75％或80％，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，冷却得到钨骨架粗坯。
[0020]优选地，步骤(1)所述抽真空达到的压力为＜40Pa，例如可以是35Pa、30Pa、25Pa或20Pa等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，步骤(1)所述初始温度为20
‑
30℃，例如可以是20℃、22℃、25℃、28℃或30℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0022]优选地，步骤(1)所述一段升温速率为9.5
‑
10.5℃/min，例如可以是9.5℃/min、
9.8℃/min、10℃/min、10.2℃/min或10.5℃/min，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0023]优选地，步骤(1)所述第一温度为980
‑
1020℃，例如可以是980℃、990℃、1000℃、1010℃或1020℃，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0024]优选地，步骤(1)所述第一压力为9
‑
11MPa，例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钨骨架的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将类球形钨粉装进模具，模具承载的类球形钨粉进行热压烧结，得到钨骨架粗坯；对钨骨架粗坯依次进行粗磨、切割和清洗，得到所述钨骨架。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述类球形钨粉的粒径为3
‑
20μm；优选地，所述模具的材质包括石墨；优选地，类球形钨粉装进模具后的装模平面度＜1mm。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述三段式热压烧结包括如下步骤：(1)烧结初期：模具承载的类球形钨粉进入热压烧结装置后抽真空，从初始温度以一段升温速率升温至第一温度，在第一温度和第一压力下烧结第一时间，保证钨骨架的致密度达到25
‑
35％；(2)烧结中期：从第一温度以二段升温速率升温至第二温度，在第二温度和第二压力下烧结第二时间，保证钨骨架的致密度达到40
‑
55％；(3)烧结后期：再从第二温度以三段升温速率升温至第三温度，在第三温度和第三压力下烧结第三时间，保证钨骨架的致密度达到60
‑
80％，冷却得到钨骨架粗坯。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述抽真空达到的压力为＜40Pa；优选地，步骤(1)初始温度为20
‑
30℃；优选地，步骤(1)所述一段升温速率为9.5
‑
10.5℃/min；优选地，步骤(1)所述第一温度为980
‑
1020℃；优选地，步骤(1)所述第一压力为9
‑
11MPa；优选地，步骤(1)所述第一时间为30
‑
60min。5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述二段升温速率为4.5
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5.5℃/min；优选地，步骤(2)所述第二温度为1080
‑
1220℃；优选地，步骤(2)所述第二压力为14
‑
16MPa；优选地，步骤(2)所述第二时间为50
‑
70min。6.根据权利要求3
‑
5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述三段升温速率为≤5℃/min；优选地，步骤(3)所述第三温度为1400
‑
1550℃；优选地，步骤(3)所述第三压力为19
‑
21MPa；优选地，步骤(3)所述第三时间为60
‑
180min。7.根据权利要求1
‑
6任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚力军，潘杰，周友平，吴东青，杨赛赛，
申请(专利权)人：宁波江丰电子材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：