放电等离子烧结制备W-20%Cu复合材料的组织及性能研究

以水热合成-共还原工艺制备的W-20%Cu(质量分数)复合粉末为原料,用SPS技术成功制备了W-20%Cu复合材料,并对其显微组织和性能进行了分析研究。结果表明:随着烧结温度的升高和保温时间的延长,W、Cu两相微观结构组织分布更为均匀,孔隙也更少,W-20%Cu复合材料的致密度、硬度和电导率也相应提高;在烧结温度950℃、保温时间5min的工艺条件下,W-20%Cu复合材料的致密度、维氏硬度、电导率分别为98.9%、HV222.8、21.7 MS/m。     

W-20%Cu超细复合粉末的制备和烧结

采用喷雾干燥-氢气还原法制备出W-20%Cu超细复合粉末,并对由该复合粉末所制得的压坯进行了烧结,利用SEM、XRD等分析手段对复合粉末的特性和烧结体的组织进行了表征和观察.试验结果表明:用该方法制备的W-20%Cu超细复合粉末颗粒细小,平均尺寸在200nm左右;喷雾干燥后的氧化物复合粉末在还原后产生了新的合金相(Cu0.4W0.6),还原后的复合粉末由Cu0.4W0.6相和Cu相组成,而且两相的晶粒度达到纳米级,其中Cu0.4W0.6相的晶粒约为33nm,Cu相的晶粒约为63nm;复合粉末具有很高的烧结特性,经烧结后合金相对密度达到98%以上,而且金相组织分布均匀.     

纳米钨铜复合粉末的制备及其烧结行为研究

以钨酸钠和硝酸铜为原料,采用水热合成-共还原法制备钨铜复合粉末,再通过真空热压烧结法制备钨铜复合材料,并研究了钨铜复合粉末的结构形貌,以及经不同温度热处理后钨铜复合材料的显微形貌、物性特征。结果表明:采用水热合成-共还原法可制得粒度尺寸约为70nm且颗粒分布均匀的纳米级钨铜复合粉末。钨铜复合粉末经加压烧结及热处理后可得到W相和Cu相紧密结合、Cu相均匀分布在W相周围的钨铜复合材料,其在热处理温度为950℃时致密度最高,达到99.2%;在热处理温度为800℃时导电率最高,达到46.5%IACS;在热处理温度为900℃时布氏硬度最高,达到HB285。     

碳纳米管对W-Cu 复合材料致密度和硬度的影响

采用机械合金化技术并结合真空烧结制备W-20 %Cu/C 复合材料,利用碳纳米管具有良好的综合性能作为W-20 %Cu 复合材料的强化相. 采用粒度测试仪分析碳纳米管添加量不同时的W-20 %Cu 复合粉末粒径并测试W-20 %Cu/C 烧结体的密度和硬度, 分析碳纳米管添加对W-20 %Cu复合粉末粒度及W-20 %Cu 复合材料密度和硬度的影响.研究结果表明:添加碳纳米管可不断细化W-20 %Cu 复合粉末晶粒,W-20 %Cu 复合材料的密度和硬度随着碳纳米管质量分数的增加而逐渐提高,说明采用机械合金化技术能够使碳纳米管弥散分布在W-20 %Cu 复合材料中,充分发挥细晶强化作用.      

热压烧结法制备W-15Cu复合材料的组织结构研究

将W-15%Cu(质量分数)混合粉末在行星式高能球磨机中球磨,分别采用热压烧结和无压烧结对球磨60h的复合粉末进行烧结。采用XRD对经不同球磨时间后的复合粉末进行物相分析;采用XRD和SEM对烧结后的钨铜复合材料进行物相和形貌分析。结果表明:球磨时间越长,铜在钨中的固溶度越大;相对于无压烧结,采用热压烧结制备的钨铜复合材料孔隙度较小,均匀度较高,相对密度高达98.84%;钨铜复合材料内部存在因铜的挥发和生坯密度分布不均匀造成的烧结体组织分布不均匀。     

共还原工艺对W-25Cu纳米复合粉体及其挤压组织与性能的影响

以钨酸钠(Na2WO4·2H2O)和硝酸铜(Cu(NO3)2·3H2O)为原料,采用水热-共还原工艺制备W-25Cu纳米复合粉末,包套热挤压工艺制备细晶W-25Cu合金。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等分析测试手段研究了共还原工艺对W-25Cu复合粉体及其挤压组织与性能的影响。研究结果表明:相比于一段还原工艺,两段还原过程中先还原出的Cu相能够通过增加异相形核细化晶粒,对后续W相的还原具有催化与细化作用。两段还原得到的W-Cu复合粉体微观组织呈典型的钨包铜结构,粒度达到纳米级,分散性良好。烧结热挤压后,制备的合金具有细密组织与良好性能,致密度达到99.52%,硬度提高到HB 272,导电率提高到52.8%IACS,抗拉强度达到282 MPa。     

钨铜热变形致密化工艺及组织性能研究

以W-40%Cu(质量分数)为原料,采用机械球磨-冷压制坯-液相烧结-热挤压的工艺,制备出微观组织均匀、性能优异的复合材料.在试验中,首先对W、Cu粉末进行机械球磨,之后分别进行压制、液相烧结;接着对烧结后坯料进行了一次热挤压、二次热挤压.结果表明:经过二次挤压后,材料的致密度、导电性以及硬度都得到较大提高,并且材料微观组织比较均匀.该工艺不仅可提高W-Cu复合材料的性能,而且还有效解决了此类不互溶材料致密化困难的问题.     

微量Ni对W-Cu纳米复合材料制备及热性能影响研究

采用化学共沉淀法和氢气还原工艺制备了钨铜纳米复合粉体,通过放电等离子烧结技术在不同温度下实现了钨铜合金的快速烧结,研究了微量活性剂Ni的添加对钨铜复合粉体形貌、烧结行为以及合金性能的影响。结果表明:微量Ni(0.5%)的添加使复合粉体粒径长大更充分且颗粒分布更加均匀;当烧结参数为温度970℃、压力120 MPa、保温时长10 min的最优值时,W-20%Cu-0.5%Ni粉体经SPS烧结后,合金中W颗粒平均晶粒为362.9 nm,相对密度为97.7%,孔隙率为2.10%,显微硬度为474.74HV,以上性能均优于相同SPS工艺制备的W-20%Cu合金。     

一种制备W-Cu复合材料的新工艺

随着微电子信息技术的发展,W-Cu复合材料被用作基片、连接件和散热元件等热沉材料,因而具有更广泛的用途.采用喷雾干燥-氢还原法制备了W-10Cu、W-15Cu和W-20Cu(Cu的质量分数依次为10%、15%和20%)超细钨铜复合粉,并经过成形和烧结制得W-15Cu合金,测量了烧结后的合金导热性能.结果表明,在一定的还原条件下,可以获得粒度细小、氧含量低、钨铜复合均匀的W-Cu复合粉末;W-15Cu合金的相对密度可以达到99.34%,结构组织高度均匀、一致,热导率为184.0 W/m·K,已达到其做为热沉材料的热性能要求.     

纳米复合W-Cu FGM的致密性及界面结合特征

以溶胶-喷雾干燥-热还原制备的纳米晶W-Cu复合粉末为原料,通过球磨改性、叠层压制和一步液相烧结分别制备3种两层梯度复合细晶W-Cu材料(W-10Cu/W-30Cu,W-20Cu/W-30Cu和W-30Cu/W-50Cu),对其致密度、组织成分特征及界面结合性能进行研究与分析。结果表明:3种梯度材料各均质层都达到高致密(相对密度98%);梯度材料具有明显的梯度组织,界面结合完好,Cu相呈连续网状结构,包裹在均匀分布的细小W晶粒周围;成分呈阶梯式变化,各层成分因Cu相的迁移和流失与初始设计值有一定的偏差;材料力学性能呈现梯度性,界面显微硬度处在两层显微硬度之间,结合强度高于各自富Cu层的拉伸强度,表明纳米复合W-Cu功能梯度材料各成分层之间有着优良的结合性。