專利名稱：高彌散鎢銅復(fù)合粉末的制備方法
專利說明高彌散鎢銅復(fù)合粉末的制備方法 本發(fā)明涉及一種制備接近理論密度的高導(dǎo)熱，低膨脹的鎢銅復(fù)合材料的方法，該復(fù)合材料主要應(yīng)用在大規(guī)模集成電路和大功率微波器件中作為基片、嵌塊、連接件和散熱元件。鎢銅復(fù)合材料在生產(chǎn)電觸頭和如熱沉、散熱裝置等熱控元件中得到了廣泛的應(yīng)用。高密度鎢銅復(fù)合材料能夠使最終產(chǎn)品除了具有一定的機械性能外，更加重要的是能夠增加產(chǎn)品的熱導(dǎo)率以適應(yīng)作為熱沉材料。制備近全致密的鎢銅復(fù)合材料的主要方法包括熔滲法、熱壓法、爆炸成形法以及其它技術(shù)如液相燒結(jié)法和機械合金化法。
熔滲法是制備鎢銅復(fù)合材料的傳統(tǒng)方法，由于熔滲需要坯體內(nèi)連通的孔隙，所以一般最終材料內(nèi)部有1％-3％的殘余孔隙率，最終影響產(chǎn)品的各項性能。鎢銅復(fù)合材料的液相燒結(jié)法一般需要添加燒結(jié)活化劑，以增強鎢銅之間的互溶度，這種燒結(jié)法可以使材料最終燒結(jié)密度達到近全致密，但是加入的Fe、Ni、Co等對最終材料的熱導(dǎo)率有非常不利的影響；機械合金化法也具有工藝長，雜質(zhì)含量高等缺點，對生產(chǎn)高導(dǎo)熱鎢銅復(fù)合材料有一定的局限性。其它方法如熱壓法、爆炸成形法對設(shè)備要求較高，產(chǎn)品成本昂貴，一般僅限于科研方面的研究。另外普通方法制備鎢銅復(fù)合材料也存在鎢銅兩相分布不均勻而導(dǎo)致材料力學(xué)性能下降等缺點。鎢銅復(fù)合材料的燒結(jié)一般要求在高于銅熔點(1084℃)下進行，升高溫度有利于燒結(jié)致密化過程，但是在溫度很高的情況下(大于1300℃時)會導(dǎo)致銅相的揮發(fā)，難以控制材料的成分。也有通過在鎢顆粒上涂復(fù)一層銅達到增加鎢銅燒結(jié)相的均勻性，但這些包覆銅在燒結(jié)的過程中是非常容易揮發(fā)或散失，所以在燒結(jié)的過程中盡量減少銅相的損失對最終制品的性能是非常有利的。本發(fā)明目的是制備一種具有極高燒結(jié)性能的超細彌散鎢銅復(fù)合粉末，該粉末體中每一個顆粒是由銅相和鎢相組成，其中鎢相以包覆銅相的形式存在。
本發(fā)明主要包括鎢銅復(fù)合氧化物前驅(qū)物的制備、高能球磨氧化物粉末的共還原、鎢銅復(fù)合粉末的燒結(jié)等步驟，具體工藝流程如下1.鎢銅復(fù)合氧化物前驅(qū)物的制備采用還原鎢粉或其它較為純凈的鎢粉末，電解銅或還原銅粉為原料，其中銅含量的變化為2wt％-30wt％，原料理論上為任何粒度形狀的鎢粉和銅粉，只要粉末的純度不影響最終產(chǎn)品的導(dǎo)熱導(dǎo)電性能即可。將鎢粉和銅粉按照W-2-30Cu wt％的比例在混料機中混合均勻，在馬費爐中于空氣氣氛中在650℃-700℃氧化，得到由CuWO4和WO3組成的混合物。氧化后的混合粉末在高能球磨機中球磨0-12h，球磨介質(zhì)采用空氣或酒精，不同球磨介質(zhì)對氧化物粉末粒度和比表面的影響見表1，表2。當酒精作為球磨劑比干磨效果更加明顯。
表1不同球磨劑球磨后氧化物粉末粒度變化(W-20Cu(wt％))球磨時間(h) 酒精 空氣0 3.99 3.994 1.28 1.718 0.93 1.6512 0.33 1.8表2不同球磨劑球磨后氧化物粉末比表面變化(W-20Cu(wt％))球磨時間(h) 酒精 空氣0 0.33 0.334 5.32 0.718 10.450.812 18.980.92.高能球磨氧化物粉末的共還原粉末在H2氣氛還原，還原溫度為650℃-750℃，經(jīng)還原后的粉末呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，并且是以鎢相包覆銅相的形式存在。復(fù)合粉末粒度、氧含量隨氧化物粉末球磨時間的變化如表3所示。
表3復(fù)合粉末粒度、氧含量隨氧化物粉末球磨時間的變化(酒精球磨10h，還原溫度700℃)(W-20Cu(wt％))
3.鎢銅復(fù)合粉末的燒結(jié)還原后粉末經(jīng)壓制得50％-55％相對密度的壓坯，在1150℃-1600℃燒結(jié)。本發(fā)明在固相燒結(jié)階段降低升溫速度可以得到高的燒結(jié)密度而且?guī)缀跄芡耆~的溢出。具體的最終燒結(jié)溫度隨復(fù)合粉末中銅含量的變化而變化。如表4所示為其燒結(jié)溫度和最終燒結(jié)密度。
表4不同銅含量的復(fù)合粉末最佳燒結(jié)溫度及最終密度(氧化物酒精濕磨10h，燒結(jié)時間1h)
本發(fā)明制備的超細彌散鎢銅復(fù)合粉末中每一個顆粒是由銅相和鎢相組成，其中鎢相以包覆銅相的形式存在，這種鎢包覆銅顆粒的粉末體在壓制燒結(jié)后具有均勻的鎢相和銅相分布，在燒結(jié)中可以減少銅相的揮發(fā)與損失，可以達到接近全致密的具有高導(dǎo)熱導(dǎo)電性能的鎢銅復(fù)合制品。本發(fā)明是在減少最終產(chǎn)品中各種雜質(zhì)的含量的同時提高粉末燒結(jié)密度以獲取產(chǎn)品的最終性能。對氧化物粉末進行短時高能球磨，快速細化氧化物粉末粒度，制備出高分散的超細鎢銅包覆粉末，經(jīng)燒結(jié)具有均勻的鎢相和銅相分布，并且在燒結(jié)中可以減少銅相的揮發(fā)與損失。制品的最終燒結(jié)密度不小于理論密度的99％。該粉末壓坯經(jīng)燒結(jié)后可以達到接近全致密的具有高導(dǎo)熱導(dǎo)電性能的鎢銅制品。本發(fā)明的另一優(yōu)點在于所生成的鎢包銅粉末可以在隨后的高溫液相燒結(jié)過程中避免銅的揮發(fā)與泄漏而導(dǎo)致的成分組織控制不準，避免最終產(chǎn)品性能的降低。實施例1成分W-5wt％Cu，氧化溫度650℃，球磨時間0，4，8，12h(酒精)，還原溫度700℃，燒結(jié)溫度1350℃，時間均為60min，燒結(jié)樣品各性能見表5
表5鎢銅復(fù)合材料性能
實施例2成分為W-5wt％Cu，W-20wt％Cu氧化溫度400℃，球磨時間8h(酒精)，燒結(jié)溫度1350℃，升溫速度15℃/min燒結(jié)樣品各性能見表6。
表6鎢銅復(fù)合材料性能
實施例3成分W-10wt％Cu，氧化溫度650℃，球磨時間0，4，8，12h(酒精為介質(zhì))，還原溫度700℃，燒結(jié)溫度1300℃，燒結(jié)樣品各性能見表7
表7鎢銅復(fù)合材料性能
實施例4W-20wt％Cu，氧化溫度650℃，球磨時間0，4，8，12h(酒精為介質(zhì))，還原溫度700℃，燒結(jié)溫度1250℃，燒結(jié)樣品各性能見表8表8鎢銅復(fù)合材料性能
實施例5W-20wt％Cu，氧化溫度650℃，球磨時間0，4，8，12h(酒精為介質(zhì))，還原溫度800℃，燒結(jié)溫度1250℃，燒結(jié)樣品各性能見表9
表9鎢銅復(fù)合材料性能
實施例6W-20wt％Cu，氧化溫度650℃，球磨時間0，4，8，12h(干磨)，還原溫度800℃，燒結(jié)溫度1250℃，燒結(jié)樣品各性能見表10表10鎢銅復(fù)合材料性能
權(quán)利要求
1.高彌散鎢銅復(fù)合粉末的制備方法，其特征在于本發(fā)明主要包括鎢銅復(fù)合氧化物前驅(qū)物的制備、高能球磨氧化物粉末的共還原、鎢銅復(fù)合粉末的燒結(jié)等步驟，具體工藝流程如下a>鎢銅復(fù)合氧化物前驅(qū)物的制備將鎢粉和銅粉按照W-2-30Cu wt％在混料機中混合均勻，在馬費爐中于空氣氣氛中在650℃-700℃氧化，得到由CuWO4和WO3組成的混合物，氧化后的混合粉末在高能球磨機中球磨0-12h；b>高能球磨氧化物粉末的共還原球磨后粉末在H2氣氛還原，還原溫度為650℃-750℃；c>鎢銅復(fù)合粉末的燒結(jié)還原后粉末經(jīng)壓制得50％-55％相對密度的壓坯，在1150℃-1600℃燒結(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所用鎢粉為還原鎢粉或其它較為純凈的鎢粉末，所用銅粉為電解銅或還原銅粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于采用酒精作為球磨介質(zhì)。
全文摘要
高彌散鎢銅復(fù)合粉末的制備方法。本發(fā)明主要包括鎢銅復(fù)合氧化物前驅(qū)物的制備、高能球磨氧化物粉末的共還原、鎢銅復(fù)合粉末的燒結(jié)等步驟。本發(fā)明制備的超細彌散鎢銅復(fù)合粉末中每一個顆粒是由銅相和鎢相組成，其中鎢相以包覆銅相的形式存在，可以達到接近全致密的具有高導(dǎo)熱導(dǎo)電性能的鎢銅復(fù)合制品。對氧化物粉末進行短時高能球磨，快速細化氧化物粉末粒度，經(jīng)燒結(jié)具有均勻的鎢相和銅相分布，并且在燒結(jié)中可以減少銅相的揮發(fā)與損失。制品的最終燒結(jié)密度不小于理論密度的99％。
文檔編號C22C9/00GK1539579SQ03118328
公開日2004年10月27日 申請日期2003年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月22日
發(fā)明者李云平, 曲選輝, 雷長明, 鄭洲順 申請人:中南大學(xué)