一种纳米W-Cu复合粉体的制备方法技术

一种纳米Ｗ－Ｃｕ复合粉体的制备方法属于粉末冶金技术领域。现有Ｗ－Ｃｕ复合粉体的制备方法存在粒度大、分布不均匀的问题。本发明专利技术通过将偏钨酸铵粉末与硫酸铜粉末分别溶于水中，混合澄清后，使用氮气喷枪将其分散在液氮中冷冻，再置于冻干机中进行真空干燥得到前驱体，在氢气气氛中对前驱体进行还原得到纳米Ｗ－Ｃｕ复合粉体。本发明专利技术方法制备的复合粉体粒度分布和化学组分均匀，粉体的晶粒明显细化，从而可以提高钨铜合金的致密度、导热和导电性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于粉末冶金
，具体涉及一种纳米W-Cu复合粉 体的制备方法。
技术介绍
由W和Cu合成的W-Cu复合材料是由互不相溶的W、 Cu两相均匀 混合形成的假合金，被广泛应在到电工材料、电子、军工航天及大规 模集成电路和大功率微波器件中。由纳米W-Cu粉体制备的W-Cu复合 材料具有良好的导热导电性、抗熔焊性和高强度、高硬度、低膨胀系 数等优势。目前，主要采用机械球磨制备纳米W-Cu复合粉体，其存 在的问题是l) W-Cu复合粉体的粒度较大，易产生膨胀，且难以烧结 致密；2 ) W-Cu复合粉体中W与Cu的分布不均匀，从而造成W-Cu合 金中W与Cu的分布不均匀，直接影响导电、导热性能。这些问题的 存在限制W-Cu合金发展和应用，因而W-Cu粉末粒度的控制，成为研 究的焦点之一。文献调查的结果表明，冷冻干燥技术制备纳米W-Cu复合粉体的 研究，至今国内外还没有相关报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术中的问题，而提供一种组分均匀 的纳米W-Cu复合粉体的制备方法。本专利技术所提供的纳米W-Cu复合粉体的制备方法，包括以下步骤1)分别将偏鴒酸铵白色晶体粉末和硫酸 铜CuSO, 5H力蓝色晶体粉末溶于水中，待澄清后，将两种溶液按目标复合粉体中W的质量百分比为60 ~ 95%, Cu的质量百分比为5 ~ 40% 进行混合，澄清得到混合溶液；2) 使用通用氮气喷枪将步骤1)得到的混合溶液分散在液氮中 预冻得到冻结物，喷枪压力为2-5大气压；3) 将冻结物置于冻干机中进行真空干燥得到前驱体；4 )将前驱体进行二次氢气还原，得到纳米W-Cu复合粉体，氢气流量为0. 1 ~ 0. 5 mVh,第一次加热到200 ~ 400°C，保温2-5小时； 第二次加热到500 ~ 800°C，保温2-5小时。其中，步骤2)中所述的氮气喷枪的压力为2 5个大气压。步骤3 )中所述的冻干机的执行程序为在0 ~ 2700分钟内的工作压力为300 - 400毫托，温度为-20~-15°C;在2700 ~ 3900分钟内的工作压力为150 - 200毫托，温度为-15 -1(TC;在3900 - 4700分钟内的工作压力为50 ~ 100毫托，温度为-5 ~ -1°C;在4700 ~ 4900分钟内的工作压力为0~20毫托，温度为15 28。C。氢气还原过程中，偏钨酸铵经热分解、氢还原变成金属鎢，硫酸铜经分解、氢还原变成金属铜。步骤4 )中所述的纳米W-Cu复合粉体的粒径为25 ~ 43nm;复合 粉体中W的质量百分比为60 ~ 95%， Cu的质量百分比为5 ~ 40%。与现有技术相比较，本专利技术具以下有益效果本专利技术采用液液混合的方式混合原料,使铜和鴒在分子的数量级 上均匀混合；采用液氮预冻-冷冻干燥法，可以防止溶液组分的偏析， 同时得到非晶态的均匀混合粉末；再通过低温还原，得到組分更均匀的纳米W-Cu复合粉体。从图l中可以看出，前驱体为非晶态粉末。从图2中可以看出，采用液氮预冻-冷冻干燥-氢气还原的方法， 还原后得到的最终粉末分别为W和Cu,说明还原充分，得到了所需 的4分末样品。从图3中可以看出，采用液氮预冻-冷冻干燥-氢气还原的方法获 得的粉末大小分布均匀，颗粒约为30nm的粉末。由此可知，用冻干法制备的粉体晶粒明显细化，尺寸达到纳米级， 从而可提高Cu在W基体中弥散分布程度，即提高了 Cu分布的均匀性。 附图说明图1、实施例3中制备的前驱体的X衍射图谱。 图2、实施例1中制备的纳米W-Cu粉体的X衍射图谱。 图3、实施例4中制备的纳米W-Cu粉体的场发射扫描电子显微镜图像 (FESEM )。以下结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步描述。 具体实施例方式本专利技术所使用的冻干机为FTS公司的FTD Dura-stop MP型冻干机。实施例11) 将U. 51克偏鴒酸铵白色晶体粉末溶于500毫升水中，另将 1. %克硫S臾铜蓝色晶体粉末溶于100毫升水中，待两种溶液澄清后， 将二者混合，澄清；2) 使用氮气喷枪将澄清的混合溶液分散在液氮中得到冻结物， 喷枪压力为2个大气压；3)再将冻结物置于冻干机中进行真空干燥得到前驱体，冻干机的执行程序为在0~ 2700分钟内的工作压力为300毫托，温度为-20 。C;在2700 ~ 3900分钟内的工作压力为150毫托，温度为-1S。C;在 3900 ~ 4700分钟内的工作压力为50毫托，温度为-5。C;在4700 ~ 4900 分钟内的工作压力为0毫托，温度为15。C;4 )对前驱体实行二次氢气还原，氢气流量为0. 2立方米/小时， 第一次在200。C还原，保温5小时；第二次加热到70(TC,保温2小 时，得到晶粒尺寸为32腿的纳米W-Cu复合粉体(其中，Cu的重量 百分比为5%)。实施例21) 将25. 02克偏鴒酸铵白色晶体粉末溶于800毫升水中，另将 3. 92克硫S交铜蓝色晶体粉末溶于100毫升水中，待两种溶液澄清后， 将二者混合，澄清；2) 使用氮气喷枪将澄清的混合溶液分散在液氮中得到冻结物， 喷枪压力为3个大气压；3) 再将冻结物置于冻干机中进行真空干燥得到前驱体，冻干机的 执行程序为在0~ 2700分钟内的工作压力为350毫托，温度为-15 。C;在2700 - 3900分钟内的工作压力为200毫托，温度为-l(TC;在 3900 - 4700分钟内的工作压力为100毫托，温度为-1°C;在4700 ~ 4900分钟内的工作压力为20毫托，温度为25。C;4 )对前驱体实行二次氢气还原，氢气流量为0. 3立方米/小时， 第一次在400。C还原，保温5小时；第二次加热到800°C，保温2小 时，得到晶粒尺寸为43nm的纳米W-Cu复合粉体(其中，Cu的重量 百分比为5%)。实施例31) 将23. 698克偏鹌酸铵白色晶体粉末溶于800毫升水中，另将 7. 812克硫S臾铜蓝色晶体粉末溶于200毫升水中，待两种溶液澄清后， 将二者混合，澄清；2) 使用氮气喷枪将澄清的混合溶液分散在液氮中得到冻结物， 喷枪压力为2. 5个大气压；3) 再将冻结物置于冻干机中进行真空干燥得到前驱体，冻干机的 执行程序为在0~ 2700分钟内的工作压力为350毫托，温度为-18 。C;在2700 ~ 3900分钟内的工作压力为180毫托，温度为-13。C;在 3900 4700分钟内的工作压力为80毫托，温度为-3。C;在4700 ~ 4900 分钟内的工作压力为15毫托，温度为28°C;4 )对前驱体实行二次氢气还原，氢气流量为0. 2立方米/小时， 第一次在30(TC还原，保温4小时；第二次加热到60(TC,保温5小 时，得到晶粒尺寸为25nra的纳米W-Cu复合粉体(其中，Cu的重量 百分比为10%)。实施例41) 将35.547克偏鴒酸铵白色晶体粉末溶于1000毫升水中，另 将11.718克硫酸铜蓝色晶体粉末溶于200毫升水中，待两种溶液澄 清后，将二者混合，澄清；2) 使用氮气喷枪将澄清的混合溶液分散在液氮中得到冻结物， 喷枪压力为3个大气压；3) 再将冻结物置于冻干机中进行真空干燥得到前驱体，冻干机的 执行程序为在0 - 2700分钟内的工作压力为300毫托，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米Ｗ－Ｃｕ复合粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：　　　　１）分别将偏钨酸铵（ＮＨ↓［４］）↓［６］Ｈ↓［２］Ｗ↓［１２］Ｏ↓［４０］.１４Ｈ↓［２］Ｏ白色晶体粉末和硫酸铜ＣｕＳＯ↓［４］.５Ｈ↓［２］Ｏ蓝色晶体粉末溶于水中，待澄清后，将两种溶液按目标复合粉体中Ｗ的质量百分比为６０～９５％，Ｃｕ的质量百分比为５～４０％进行混合，澄清得到混合溶液；　　　　２）使用氮气喷枪，将步骤１）中的澄清混合溶液分散在液氮中预冻，得到冻结物；　　　　３）将冻结物置于冻干机中进行真空干燥得到前驱体；　　　　４）将前驱体进行二次氢气还原，氢气流量为０．１～０．５ｍ↑［３］／ｈ，第一次加热到２００～４００℃，保温２～５小时；第二次加热到５００～８００℃，保温２～５小时，得到纳米Ｗ－Ｃｕ复合粉体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：聂祚仁，席晓丽，皮雄，左铁镛，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]