高速压制技术(HVC)在制备W-15Cu合金中的应用

在熔渗法制备W/Cu合金的过程中,采用细钨粉(1.85μm)制备的钨铜合金与采用粗粒度钨粉制备的钨铜合金相比组织更均匀,产品性能也更好.但以细钨粉为原料,采用传统压制工艺很难得到相对密度达到72.40%的W85骨架,因而得不到成分为W-15Cu的合金.本试验采用高速压制技术(HVC)成功获得相对密度达到72.40%的细粉W85骨架,然后在氢气炉中,1 400℃高温熔渗制备得到W85/Cu合金.采用扫描电镜(SEM)对钨铜复合材料的组织和成分进行观察与分析,并测定材料的密度、气密性、热导率和热膨胀系数.结果表明:采用高速压制技术结合熔渗工艺制备的W-15Cu材料相对密度达到99.5%;热导率为177W/(m·K),气密性(He吸附)为1.0×10-9Pa·m3·s-1和热膨胀系数(150℃)为6.9×10-6/K,各项性能指标均达到相应热沉材料的要求.     

粉末粒度对于高温钨渗铜材料骨架性能的影响

高温钨渗铜材料是由高温烧结钨骨架经熔渗金属铜而制成的互不固溶型复合材料 ,钨骨架的连续程度、钨颗粒的连接状态以及孔隙形态和大小等因素将直接影响材料的使用性能。本文从钨粉粒度的角度出发 ,研究其对于钨渗铜材料骨架性能的影响 ,实验表明 ,在相同的烧结制度 (2 2 30℃× 5h)下 ,细颗粒钨粉所得到的骨架密度比中颗粒钨粉所得到的要高 ,但其内部形成大量封闭孔隙 ,使得其连通性能不及中颗粒钨粉所得骨架 ,不利于金属铜的熔渗 ;对于相近骨架密度 (86± 0 5 % )的两种试样 ,从渗铜结果来看 ,二者的骨架连通性能相当。从SEM照片来看 ,细颗粒钨骨架的晶粒尺寸明显比同骨架密度中颗粒钨骨架的晶粒尺寸小 ,高温拉伸结果显示细颗粒钨渗铜材料比相应中颗粒钨渗铜材料的强度要高的多 ,这一点说明了钨骨架的晶粒细化对钨渗铜材料有明显的强化作用。     

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.     

钨渗铜复合材料致密化机理研究

以粗细钨粉和铜丝为原料,采用粉末冶金工艺制备钨骨架,随后通过液态熔渗铜的方法制备低铜含量(质量分数低于10%)的钨渗铜复合材料。利用电子天平、金相显微镜和扫描电镜分析材料的致密度及显微组织,对材料在制备过程中的致密化机理进行探讨。结果表明:钨渗铜复合材料熔渗过程的驱动力既有毛细管力又有晶界扩散作用,熔渗路径可用根系模型来阐释;在钨骨架中加入Ni等诱导金属可强化熔渗过程;低铜含量的致密钨渗铜复合材料需制备高致密度且具有联通晶界或孔隙的钨骨架。     

钨粉粒度对电极用钨铜合金组织和性能的影响

钨粉粒度是影响钨铜合金组织和性能的主要因素之一,采用不同粒度(2.65 μm、4 μm、8 μm)的钨粉用熔渗法制备钨铜合金,通过性能检测和组织分析研究了钨粉粒度对该合金密度、硬度和电导率的影响.实验结果表明:钨粉粒度越细,钨铜合金的密度和硬度越大;但是由细钨粉制备的W-Cu合金闭孔较多,均匀性较差,电导率较小.钨粉粒度为4μm时所得产品综合性能最好,W-30Cu合金密度为14.44 g/cm3、硬度为HB 212、电导率为24.2 MS/m.W-20Cu合金密度为15.38 g/cm3,硬度为HB225,电导率为22.6 MS/m.     

钨粉粒径对W-15Cu导热性能的影响

采用不同粒径的钨粉，用熔渗法制取钨铜两相假合金，分别测量其热导率，并在扫描电镜下观察熔渗后铜网络的分布，分析了钨粉粒径的大小对W-15Cu烧结行为的影响及其导热性能的影响。     

成形压力与粉末粒径对钨铜复合材料烧结性能的影响

为进一步提高钨铜合金的致密度和简化制备工艺,研究了粉末粒度与成形压力对无压烧结制备的W-15Cu复合材料致密度的影响.发现随着球磨时间延长,钨铜粉末发生明显的细化和圆化,粉末分布更为均匀,烧结活性有较大提高,合金性能更加优异,组织结构更加良好,致密度相应提高.通过对烧结试样密度和铜含量的测定,得到不同成形压力下材料致密度和铜含量随烧结温度的变化曲线,发现随着成形压力增大,材料的烧结致密度升高,铜流失的现象得到一定的控制.     

钨渗铜复合材料烧蚀性能及机理研究

采用熔渗法制备了钨渗铜复合材料,牌号为W-7Cu。采用气动烧蚀试验对钨渗铜材料进行了烧蚀性能研究,并分析和探讨了钨渗铜材料的烧蚀机理。研究结果表明,W-7Cu材料具有良好的抗烧蚀性能,气动烧蚀试验条件下,材料基本为均匀烧蚀,表面有氧化现象及Cu的析出现象。烧蚀机理为W的氧化性烧蚀和Cu的析出性氧化。     

渗铜用钨骨架制备工艺的研究进展

钨铜复合材料结合了钨的高熔点、高硬度、低膨胀系数和铜的高导电、导热性能,是一种性能十分优良的复合材料。熔渗法是目前制备钨-铜材料中广泛应用的方法,而熔渗法制备钨铜材料的关键是怎样获得一定致密度的钨骨架。目前制备钨骨架常用的方法主要有以下4种：（1）高温烧结;（2）模压成形;（3）挤压成形;（4）注射成形。本文就目前这4种常用钨骨架的制备工艺进行了简要的介绍和评述。     

熔渗法制备低铜W-Cu合金

采用熔渗法制备低渗铜量W-Cu合金,研究烧结后骨架的粒度组成及致密化程度、渗铜量的控制,以及合金组织结构对力学性能的影响.结果表明:采用"双重晶粒结构"湿磨工艺、添加诱导金属和机械合金化可有效提高钨骨架烧结特性和致密度;采用真空烧结技术可以精确控制渗铜量;调整Cu的质量分数或W粉晶粒尺寸可以提高合金的力学性能.     

钨渗铜材料室温力学性能与组织研究

分别从不同原料钨粉粒度和不同钨骨架密度的角度,对材料的室温拉伸性能进行研究,并结合SEM断口形貌观察,分析材料在室温状态的断裂形式及其变化规律。研究表明:(1)无论是用中颗粒还是细颗粒钨粉制备的钨渗铜材料,在83%的骨架相对密度下,材料的室温强度呈现出一个峰值;(2)在相近骨架相对密度的情况下,细颗粒钨粉制备的试样,其室温拉伸强度均明显高于相应中颗粒钨粉制备的试样;(3)对于钨渗铜材料,室温下的断裂形式为穿晶和沿晶断裂两种形式并存,并且随着骨架密度的提高,穿晶断裂的比例逐渐上升。对于相近骨架相对密度的两种试样,中颗粒试样比细颗粒试样具有更多的解理面。     

WCu合金钨“网络”骨架的制备及其组织结构分析

在自制的设备上,通过化学镀正交试验法获得最佳的铜包覆钨复合粉末,再制成钨网络骨架,用类注射成型法也制得钨网络骨架,采用SEM与XRD手段与传统钨骨架制备技术进行了对比,结果表明:化学镀包覆粉和类注射法能够获得孔隙均匀、数量可控的钨网络骨架。而且影响钨粉化学镀包覆铜的因素较多,特别是钨粉粒径存在一最佳的尺度范围。     

Densification and structural change of mechanically alloyed W-Cu composites

Fine-grained, high-density (97+ pct of theoretical density (TD)), 80W-20Cu wt pct (58W-42Cu at. pct) composites have been prepared using nonconventional alloying techniques. The W and Cu precursor powders were combined by a high-energy ball-milling procedure in air or hexane. The mechanically alloyed W+Cu powder mixtures were then cold pressed into green compacts and sintered at 1523 K. The milling medium and milling time were varied to increase product densities with a concomitant order-of-magnitude decrease in grain size. For densification, air was found to be a more effective medium than hexane. From microhardness measurements, it was concluded that the W-Cu alloys were dispersion and solution hardened, but were sensitive to entrapped residual impurities. X-ray diffraction (XRD), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and scanning electron micros-copy (SEM) analyses were used to demonstrate that the as-milled and sintered W-Cu alloy structures were metastable, decomposing into the starting W and Cu components upon heating at or above 723 K.     

用机械活化与化学活化方法制备 W-Cu 合金

为了改进制备工艺和提高W－Cu合金的性能,对原材料粉末做了机械活化和化学活化处理,通过成形和烧结制备了W－Cu合金,考察了经机械活化和化学活化后粉末的变化,观察了烧结合金的组织、测试了合金的密度等性能。结果表明,机械活化可以使粉末颗粒变细,至亚微米乃至纳米级、比表面增大、缺陷增多,并使铜在钨中具有一定溶解度。化学活化可以在粉末颗粒表面形成微量合金元素的较均匀分布,并通过反应形成高活性层。二者都能使粉末的活性提高,对经活化处理的粉末施以烧结可以获得较高密度和性能的W－Cu合金。     

常压H2气氛烧结W-TiC合金的致密化行为和性能

采用粉末冶金方法在常压H2气氛下制备W-TiC合金,研究W-TiC合金的烧结致密化行为,并对合金的性能和组织结构进行分析.结果表明:添加微量强化烧结元素可改善W-TiC合金的烧结活性,在1700℃烧结120min后其相对密度达到99.2％;随着烧结温度的升高,W-TiC合金的拉伸强度提高,在2000℃烧结120 min...     

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.     

液相烧结制备电力开关用W-7Cu-xNi合金微观组织及性能分析

为了提高电力开关用W-7Cu合金的综合性能,通过添加Ni元素方式对其进行加强,以液相烧结、机械球磨方式制备得到包含不同Ni含量的W-Cu合金。通过实验测试手段对其微观组织及物理性能进行了施压测试分析。研究结果表明：逐渐提高Ni含量后,形成了更大尺寸W颗粒,相邻颗粒间距降低。W-Cu-4%Ni合金界面形成更优润湿角,获得具有连续网状分布的Cu相,改善了W-Cu组织的分布均匀性,此时Ni元素已经完全与Cu相相溶。当Ni含量提高后,W-Cu合金获得了更大的硬度与致密度,热导率下降,相对密度增加。当加入4%的Ni时,致密度达到了95.6%,热导率从161 W/(m·K)降低为96.4 W/(m·K),获得了致密度更大合金。     

A Phenomenological Analysis of Sintering Mechanisms of W-Cu from the Effect of Copper Content on Densification Kinetics

The effect of addition of copper on the sintering of a W powder was systematically investigated by the analysis of dilatometric experiments on W and W-Cu compacts prepared with submicrometric powders. A pure W powder compact and a W-10 wt pct Cu powder compact with the same packing fraction of W particles were first studied, in order to analyze the effect of copper at fixed microstructure of the solid W particle packing. A more systematic set of experiments with different copper contents and W particle sizes was also qualitatively analyzed. A phenomenological model of sintering was developed and fitted in order to extrapolate the effect of copper content on sintering kinetics at fixed microstructure of the W particle skeleton. An interpretation of the sintering mechanisms was then proposed. Sintering of a W-Cu powder compact is the result of solid-state sintering of the W skeleton, enhanced by the capillary forces exerted by copper, with the superimposition of a particle rearrangement step after copper melting.