專利名稱：鎢銅粉末高致密度材料及采用熱擠壓制備該材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬間的復(fù)合材料及其制備方法，具體涉及W、 Cu粉末采用熱擠壓塑性變形制備該復(fù)合材料的方法。
技術(shù)背景鎢銅粉末冶金復(fù)合材料是由高熔點、高硬度的鎢和高導(dǎo)電、導(dǎo)熱率的銅所 構(gòu)成，綜合了鎢和銅的優(yōu)點。目前被廣泛用作電阻焊、電火花加工和等離子噴 涂電極材料，電子封裝材料，計算機(jī)中央處理系統(tǒng)、大規(guī)模集成電路的引線框 架，固態(tài)微波管等電子器件的熱沉基片。由于鎢銅之間互不相溶，兩者之間僅 形成假合金，所以常規(guī)的冶金和粉末冶金法難以生產(chǎn)高致密化的鎢銅材料。并 且某些特殊要求的鎢銅復(fù)合材料也對其生產(chǎn)工藝提出了更高的要求。目前，鎢銅復(fù)合材料的致密化工藝主要有熔滲法、活化燒結(jié)、真空熱壓、熱等靜壓等。 雖然上述工藝能夠有效地提高材料的致密度和綜合性能，但是由于設(shè)備成本高， 工藝過程復(fù)雜，能耗大及生產(chǎn)效率低等因素，沒有解決材料密度偏低(如相對密度普遍低于99%)的行業(yè)"瓶頸"問題，因而限制了這些技術(shù)及材料大規(guī)模的推廣及應(yīng)用。如熔滲法易產(chǎn)生微孔、孔洞及氧化物殘渣等，會大大地降低材料的穩(wěn)定性，而且對材料成分有很大的限制，含銅量高時則不易用熔滲法來生產(chǎn)； 并且燒結(jié)鎢骨架時不僅時間長，而且溫度高，因此能耗高，效率也低。常規(guī)的 燒結(jié)法雖然可以制備任意成分的合金材料，且工藝簡單，成本低，但密度低， 僅能生產(chǎn)低性能產(chǎn)品。采用熱等靜壓技術(shù)雖然可獲得高致密材料，但生產(chǎn)效率 低，成本高，難以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有W和Cu粉末制備致密材料方法的設(shè)備成本高、工藝過 程復(fù)雜、能耗大、生產(chǎn)效率低及生產(chǎn)出的材料密度偏低等問體，熔滲法制備的材料致密度低、兩相結(jié)合差；常規(guī)的燒結(jié)法獲得的材料的密度低；采用熱等靜 壓方法生產(chǎn)的效率低、成本高、難以實現(xiàn)大批量生產(chǎn)的問題，提供了一種鉤銅 粉末高致密度材料及采用熱擠壓制備該材料的方法，解決上述問題的具體技術(shù) 方案如下
本發(fā)明由W和Cu粉末為原料，按重量百分比W為50 90%、 Cu為50 10w% 制成。本發(fā)明采用熱擠壓塑性變形的鎢銅粉末高致密度材料的制備方法的步驟如下步驟一、按重量百分比取W為50 90%、 Cu為50 10w^。的單質(zhì)粉末為原料； 步驟二、對步驟一的原料進(jìn)行機(jī)械混粉或機(jī)械球磨使粉末均勻； 步驟三、對步驟二的粉末采用鋼?；蚶涞褥o壓進(jìn)行冷壓制成坯料(采取鋼模 或冷等靜壓)，壓力為200 900Mpa，坯料的相對密度為75% 85%; 步驟四、將步驟三的坯料放入鋼套(真空脫氣)密封后并焊合； 步驟五、擠壓前將潤滑劑(采用石墨乳為潤滑劑)均勻涂覆于模具型腔， 將坯料加熱至600 1200°C，將加熱的坯料放入模具型腔中，用壓頭對坯料加 壓來實施熱擠壓，所施加的壓力由0增至1000 1200Mpa，然后穩(wěn)定至500Mpa， 擠壓比為4 36，擠壓時間為3 5秒，即制備出鎢銅粉末高致密度復(fù)合材料。 原始鎢粉費氏粒度在l 10ixm， W和Cu兩種成分要分布均勻，偏析小。 本發(fā)明的方法最終獲得近致密W、 Cu復(fù)合材料，兩相在材料內(nèi)部呈形變的 纖維條帶狀分布，在擠壓比為4 36的條件下，獲得形變復(fù)合材料所要求的變 形組織，提高了材料的物理、力學(xué)、電學(xué)性能。擠壓后材料經(jīng)熱處理后，在一 定程度上改變了材料電學(xué)及力學(xué)性能的匹配。本發(fā)明克服了傳統(tǒng)燒結(jié)熔滲及熱 等靜壓W、 Cu材料致密度不高和不互溶，兩相界面結(jié)合困難的技術(shù)"瓶頸"，以 及常規(guī)形變復(fù)合材料制備方法采用大擠壓比在工業(yè)上難以實際應(yīng)用的難題。本 發(fā)明所獲得的材料具有良好的組織性能。該方法適用于電火花加工電極、電阻 焊電極、電子封裝以及熱沉材料的制備等領(lǐng)域。
具體實施方式
一本實施方式由W和Cu單質(zhì)粉末為原料，按重量百分比W 為50 90%、 Cu為50 10wr。制成鉤銅粉末高致密度材料。
具體實施方式
二本實施方式按重量百分比取W為90%、 Cu為10 %制成鉤 銅粉末高致密度材料。
具體實施方式
三本實施方式按重量百分比取W為60%、 Cu為4(V/。制成鉤 銅粉末高致密度材料。
具體實施方式
四本實施方式按重量百分比取W為5096、 Cu為5(F。制成。
具體實施方式
五本實施方式的制備方法由下列步驟實現(xiàn)的 步驟一、按重量百分比取W為50 90%、 Cu為50 10w9&的單質(zhì)粉末為原料； 原始鎢粉費氏粒度要在1 10 P m，而原始銅粉費氏粒度要在50 100 u m(電解 銅粉)；W和Cu兩種成分要分布均勻，偏析??；對Cu的粒度沒有具體要求。 步驟二、對步驟一的原料進(jìn)行機(jī)械混粉或機(jī)械球磨使粉末均勻； 步驟三、對步驟二的粉末采用鋼?；蚶涞褥o壓進(jìn)行冷壓制成坯料(采取鋼模 或冷等靜壓)，壓力為200 900Mpa，坯料的相對密度為75% 85%; 步驟四、將步驟三的坯料放入鋼套(真空脫氣)密封后并焊合； 步驟五、擠壓前將潤滑劑(采用石墨乳為潤滑劑)均勻涂覆于模具型腔內(nèi)， 將坯料加熱至600 1200°C，將加熱的坯料放入模具型腔中，用壓頭對坯料加 壓來實施熱擠壓工藝，所施加的壓力由0增至1000 1200Mpa，然后穩(wěn)定至 500Mpa，擠壓比為4 36，擠壓時間為3 5秒，即制備出鎢銅粉末高致密度材 料。
具體實施方式
六本實施方式與具體實施方式
五的不同點在于步驟二中W 和Cu單質(zhì)粉末經(jīng)60rpm60小時機(jī)械混粉獲得分布均勻的復(fù)合粉末。其它步驟與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七本實施方式與具體實施方式
五的不同點在于步驟三中的 壓力為500 700Mpa。其它步驟與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
八本實施方式的本實施方式與具體實施方式
五的不同點在 于步驟三中的壓力為900Mpa。獲得相對密度約為81%的坯料。其它步驟與具體 實施方式五相同。
具體實施方式
九本實施方式與具體實施方式
五的不同點在于步驟五中的 溫度為800 100(TC。其它步驟與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
十本實施方式與具體實施方式
五的不同點在于步驟五中的 擠壓比為25。其它步驟與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
十一本實施方式與具體實施方式
五的不同點在于步驟二中 W和Cu單質(zhì)粉末經(jīng)60卬m60小時；步驟三中的壓力為900Mpa;步驟五中的溫度 為90(TC，擠壓比為25。其它步驟與具體實施方式
五相同。制得材料的電學(xué)及 力學(xué)性能分別為相對密度99.8%、室溫拉伸強(qiáng)度373. 9Mpa、延伸率為4.4%、 電導(dǎo)率為41.4m/Q.咖2、布氏硬度HB180 200。研究表明，W-Cu形變復(fù)合材料是最有吸引力的復(fù)合材料。形變強(qiáng)化法制造
的金屬-金屬復(fù)合材料是在兩相材料的塑性加工過程(鍛、擠、拉或軋)中形成的。 兩相共同變形，使增強(qiáng)相(第二相)伸長并在母相基體中成為纖維增強(qiáng)相。形成 的復(fù)合材料很大程度上取決于初始材料的特性。復(fù)合強(qiáng)化不會明顯降低銅基體 的導(dǎo)電性，將保持銅良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性；而且第二相一般是高熔點元素， 可以改善材料的室溫和高溫性能。從而使復(fù)合材料在高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性的領(lǐng)域 具有極大的應(yīng)用潛力。但是，為了獲得細(xì)小的第二相纖維組織，必須經(jīng)過大變 形。這種大變形的真應(yīng)變在5 10之間，擠壓比甚至高達(dá)36。
權(quán)利要求
1、 鎢銅粉末高致密度材料，由W和Cu粉末為原料，其特征在于按重 量百分比W為50 90%、 Cu為50 10逃制成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢銅粉末高致密度材料，其特征在于按重量百分 比取W為90%、 Cu為10w9d制成。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢銅粉末高致密度材料，其特征在于按重量百分 比取W為60%、 Cu為40w^o制成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢銅粉末高致密度材料，其特征在于按重量百分 比取W為509d、 Cu為50Q/。制成。
5、 權(quán)利要求1所述的采用熱擠壓塑性變形制備鎢銅粉末高致密度材料的方 法，其特征在于該制備方法的步驟如下步驟一、按重量百分比取W為50 90%、 Cu為50 10懺的單質(zhì)粉末為原料， 鎢粉費氏粒度在l 10um， W和Cu兩種成分分布均勻，偏析??； 步驟二、對步驟一的原料進(jìn)行機(jī)械混粉或機(jī)械球磨使粉末均勻； 步驟三、對步驟二的粉末采用鋼?；蚶涞褥o壓進(jìn)行冷壓制成坯料，壓力為 200 900Mpa，坯料的相對密度為75% 85%;步驟四、將步驟三的坯料放入鋼套真空脫氣密封后并焊合； 步驟五、擠壓前將潤滑劑均勻涂覆于模具型腔內(nèi)，將坯料加熱至600 1200 °C，將加熱的坯料放入模具型腔中，用壓頭對坯料加壓來實施熱擠壓工藝，所 施加的壓力由0增至1000 1200Mpa，然后穩(wěn)定至500Mpa，擠壓比為4 36， 擠壓時間為3 5秒，即制備出鎢銅粉末高致密度材料。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用熱擠壓塑性變形的鉤銅粉末高致密度材料的 制備方法，其特征在于步驟二中W和Cu單質(zhì)粉末經(jīng)60rpm60小時機(jī)械混粉獲得 分布均勻的復(fù)合粉末。.
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用熱擠壓塑性變形的鉤銅粉末高致密度材料的 制備方法，其特征在于步驟三中的壓力為500 700Mpa。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用熱擠壓塑性變形制備鉤銅粉末高致密度材料 的方法，其特征在于步驟三中的壓力為900Mpa。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用熱擠壓塑性變形制備鎢銅粉末高致密度材料 的制備方法，其^T征在于步驟五中的溫度為8Q0 1000。C。
10、根據(jù)權(quán)利要求5所述的采用熱擠壓塑性變形制備鉤銅粉末高致密度材 料的方法，其特征在于步驟五中的擠壓比為25。
全文摘要
鎢銅粉末高致密度材料及采用熱擠壓制備該材料的方法，它屬于金屬復(fù)合材料及制備方法，它解決了現(xiàn)有方法設(shè)備成本高、工藝過程復(fù)雜、密度偏低，能耗大及生產(chǎn)效率低等因素，熔滲法材料致密度低、兩相結(jié)合差的問題。本發(fā)明按重量百分比由W為50～90％、Cu為50～10w％制成。制備方法一、以W、Cu單質(zhì)粉末為原料；二、對步驟一的原料進(jìn)行機(jī)械球磨成粉末；三、進(jìn)行冷壓制坯；四、坯料放入鋼套密封后并焊合；五、將坯料加熱后放入模具型腔中，用壓頭對坯料進(jìn)行擠壓，即得本發(fā)明的材料。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)燒結(jié)熔滲及熱等靜壓W、Cu材料致密度不高和不互溶兩相界面的難題，以及常規(guī)形變復(fù)合材料制備方法采用大擠壓比在工業(yè)上難以應(yīng)用的問題。
文檔編號B22F1/00GK101121201SQ20071014433
公開日2008年2月13日 申請日期2007年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月19日
發(fā)明者洋 于, 劉祖巖, 王爾德 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)