專利名稱：一種制備銅包鎢復(fù)合粉末的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種生產(chǎn)鎢銅合金用的銅包鎢復(fù)合粉末 的制備方法。
背景技術(shù)：
鎢銅合金是一種由體心立方結(jié)構(gòu)的鎢和面心立方結(jié)構(gòu)的銅所組成的既不互相固溶 又不形成金屬間化合物的兩相混合組織，通常被稱為偽合金。因此，它既具有鉤的高強(qiáng) 度、高硬度、低膨脹系數(shù)等特性，同時(shí)又具有銅的高塑性、良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性等特性。 這種特有的綜合性能使鎢銅合金在電接觸材料和電極材料中得到了廣泛的應(yīng)用。
在制備W-Cu合金時(shí)，通常的生產(chǎn)工藝為將鎢粉和銅粉按比例混合均勻、成形、燒 結(jié)、后續(xù)加工，或采用鎢粉、銅粉分別成形，將銅壓坯與鎢壓坯疊放在高溫1200'C 130(TC下燒結(jié)的熔浸工藝等。在這種傳統(tǒng)技術(shù)中，由于W-Cu液相潤濕角不為零且W-Cu 又互不溶解，因此無論是液相燒結(jié)或是固相燒結(jié)均難以獲得高致密的鵒銅合金。復(fù)壓復(fù) 燒或者后續(xù)熱加工雖可提高產(chǎn)品密度，但成本增加，效率降低。
隨著微電子信息技術(shù)的發(fā)展，在大規(guī)模集成電路和大功率微波器件中，W-Cu復(fù)合 材料用作基片、連接件和散熱元件等電子封裝材料和熱沉材料具有更廣泛的用途。應(yīng)用 于微電子技術(shù)的鎢銅材料要求具有很高的性能致密度高，漏氣率低，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能 優(yōu)良，散熱性良好。而采用混合粉末壓制坯料后再迸行液相燒結(jié)獲得鎢含量高的鎢銅合 金時(shí)，往往因?yàn)殒u在液相銅中的不溶解而導(dǎo)致最終的多孔性，難以燒結(jié)致密，尤其在鴇 的體積分?jǐn)?shù)超過65%時(shí)最高相對(duì)密度一般僅為92% 95%。由此導(dǎo)致鎢銅合金強(qiáng)度、導(dǎo) 電、導(dǎo)熱性能低，漏氣率高，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求。為了提高高鉤含量的鉤銅復(fù)合 材料的燒結(jié)密度，很多研究人員采用了添加燒結(jié)助劑的方法進(jìn)行活化燒結(jié)，但是活化劑 的加入對(duì)導(dǎo)熱性有很大的損害，不適合于熱沉材料。
在粉末冶金工藝制備鉤銅合金時(shí)，粉末的原始混合狀態(tài)和混料均勻性，直接的影響 到了合金的制備工藝、合金的孔隙度及微裂紋的存在，同時(shí)也影響到了合金的性能。因 此獲得分布均勻的鎢銅混合粉末對(duì)材料的應(yīng)用具有至關(guān)重要的影響。
為了改善鎢銅粉末混合均勻性以及提高粉末燒結(jié)活性，在制備鎢銅復(fù)合粉末方面， 目前出現(xiàn)了機(jī)械合金化法、氧化物共還原法以及化學(xué)鍍法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決目前硝酸鹽分解技術(shù)(化學(xué)混料法)存在的污染環(huán)境、勞動(dòng) 條件差，機(jī)械混料均勻性不好和粉末燒結(jié)浸潤性不好的問題，采用鎢粉表面化學(xué)鍍銅 的方式改善鎢銅合金的燒結(jié)性、提高燒結(jié)材料的密度以及其它的材料性能。
一種化學(xué)鍍制備銅包覆鎢復(fù)合粉末的方法，具體的操作步驟如下-
步驟l:根據(jù)鎢銅復(fù)合粉末中鎢所占比例,取相應(yīng)鎢粉的質(zhì)量，首先用10g/LNaOH浸泡 IO分鐘，然后去除上層溶液，并用去離子水清洗，再用10。/。HC1浸泡鎢粉20分鐘，然后去 除上層溶液并清洗鎢粉；
步驟2:根據(jù)鎢銅復(fù)合粉中銅所需重量，稱取Cu重量的3.89倍五水硫酸銅，并用去 離子水溶解，配成13-15g/L的硫酸銅溶液；
步驟3:取酒石酸鉀鈉，用去離子水溶解，然后將硫酸銅溶液在攪拌的條件下緩慢 的加入到酒石酸鉀鈉溶液中，控制溶液中酒石酸鉀鈉的濃度為52-65g/L,得到淡藍(lán)色懸 濁液；
步驟4:取NaOH溶解后加入在攪拌的條件下加入到步驟3中所得的懸濁液中，溶液變 為深藍(lán)色，并調(diào)整PH值在12-14范圍內(nèi)，此時(shí)加入二聯(lián)吡啶控制其濃度為0.01-0.03g/L;
步驟5:取反應(yīng)所需總?cè)芤褐亓康?.5%-2%的質(zhì)量濃度為37%-40%甲醛，加入步驟4 所得的溶液中，并加入鉤粉；
步驟6:將步驟5所得混濁液在30-6(TC恒溫水浴中加熱，并用攪拌器不斷攪拌，使 鎢粉懸浮在溶液中，至鎢粉變紅，混濁液上層澄清后，停止加熱和攪拌；
步驟7:將鍍后的混濁液靜止20分鐘后，去除上層溶液，并用去離子水清洗鉤銅復(fù)
合粉末3次，然后在干燥箱中干燥；
步驟8:將烘干后的粉末在300-40(TC氫氣爐中還原1小時(shí)，即得到銅包鵒復(fù)合粉末。
本發(fā)明方法工藝簡單，適應(yīng)范圍寬。本發(fā)明制備的銅包鎢復(fù)合粉末具有如下的優(yōu)點(diǎn) 包覆層厚度均勻，包覆層厚度可以調(diào)整，可以根據(jù)需求制備不同含量的鎢銅復(fù)合粉末； 鎢顆粒的大小形貌不受限制，可以包覆粗鎢粉(幾十微米)、細(xì)鎢粉(幾微米)、球狀 鎢粉和片狀鎢粉；鍍層含氧量少，無雜質(zhì)等。本發(fā)明制備的銅包鎢復(fù)合粉末具有高的燒 結(jié)活性，能改善鎢銅合金的組織均勻性，提高鎢銅合金的導(dǎo)熱性能、力學(xué)性能等綜合性 能，對(duì)鎢銅粉末及合金的應(yīng)用起到重要的作用。


圖1是原始鎢粉SEM形貌；圖2是鍍后銅包覆鎢粉SEM形貌； 圖3是鍍后一個(gè)銅包鎢粉顆粒SEM形貌； 圖4是鍍后一個(gè)銅包鎢粉顆粒截面照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)例1
制備100gW-10Cu復(fù)合粉末。取30pm鎢粉90g。首先用10g/LNaOH浸泡10分鐘，然后 去除上層溶液，并用去離子水清洗。再用10%恥1浸泡鎢粉20分鐘，然后去除上層溶液并 清洗鎢粉。
取38.9g五水硫酸銅，并用去離子水溶解，配成13g/L的硫酸銅溶液。取156g的酒石 酸鉀鈉，用去離子水溶解。然后將硫酸銅溶液在攪拌的條件下緩慢的加入到酒石酸鉀鈉 溶液中，得到淡藍(lán)色懸濁液。此時(shí)取NaOH溶解后加入上述淡藍(lán)色懸濁液中，溶液變?yōu)樯?藍(lán)色，調(diào)整PH值為12。并加入0.03g的二聯(lián)吡啶。此時(shí)將鎢粉和60ml甲醛加入到上述深 藍(lán)色的溶液中。在3(TC恒溫水浴中加熱，并用攪拌器不斷攪拌，使鎢粉懸浮在溶液中。 至鎢粉變紅，混濁液上層澄清后，停止加熱和攪拌。將鍍后的混濁液靜止20分鐘后，去 除上層溶液，并用去離子水清洗鎢銅復(fù)合粉末3次，然后在千燥箱中干燥，并在300'C進(jìn) 行氫氣退火l小時(shí)，即得到銅包鎢復(fù)合粉末
實(shí)例二
制備200gW-10Cu復(fù)合粉末。取30Mm鉤粉180g。首先用10g/LNaOH浸泡10分鐘，然后 去除上層溶液，并用去離子水清洗。再用1(^HC1浸泡鎢粉20分鐘，然后去除上層溶液并 清洗鎢粉。
取77.8g五水硫酸銅，并用去離子水溶解，配成13. 5g/L的硫酸銅溶液。取311g 的酒石酸鉀鈉，用去離子水溶解。然后將硫酸銅溶液在攪拌的條件下緩慢的加入到酒石 酸鉀鈉溶液中，得到淡藍(lán)色懸濁液。此時(shí)取NaOH溶解后加入上述淡藍(lán)色懸濁液中，溶 液變?yōu)樯钏{(lán)色，調(diào)整ra值在12. 5范圍內(nèi)。并加入0. llg的二聯(lián)吡啶。此時(shí)將鎢粉和 86.4ml甲醛加入到上述深藍(lán)色的溶液中。在35'C恒溫水浴中加熱，并用攪拌器不斷攪 拌，使鎢粉懸浮在溶液中。至鎢粉變紅，混濁液上層澄清后，停止加熱和攪拌。將鍍后 的混濁液靜止20分鐘后，去除上層溶液，并用去離子水清洗鎢銅復(fù)合粉末3次，然后 在干燥箱中干燥，并在32(TC進(jìn)行氫氣退火1小時(shí)，即得到銅包鎢復(fù)合粉末
實(shí)例三制備100gW-15Cu復(fù)合粉末。取10um鎢粉85g。首先用10g/LNaOH浸泡10分鐘，然后 去除上層溶液，并用去離子水清洗。再用10y。HCl浸泡鎢粉20分鐘，然后去除上層溶液并 清洗鎢粉。
取58.35g五水硫酸銅，并用去離子水溶解，配成14g/L的硫酸銅溶液。取233g的 酒石酸鉀鈉，用去離子水溶解。然后將硫酸銅溶液在攪拌的條件下緩慢的加入到酒石酸 鉀鈉溶液中，得到淡藍(lán)色懸濁液。此時(shí)取NaOH溶解后加入上述淡藍(lán)色懸濁液中，溶液 變?yōu)樯钏{(lán)色，調(diào)整PH值為13。并加入0. 12g的二聯(lián)吡啶。此時(shí)將鎢粉和75. lml甲醛 加入到上述深藍(lán)色的溶液中。在4(TC恒溫水浴中加熱，并用攪拌器不斷攪拌，使鴇粉 懸浮在溶液中。至鎢粉變紅，混濁液上層澄清后，停止加熱和攪拌。將鍍后的混濁液靜 止20分鐘后，去除上層溶液，并用去離子水清洗鎢銅復(fù)合粉末3次，然后在千燥箱中 干燥，并在450'C進(jìn)行氫氣退火1小時(shí)，即得到銅包鎢復(fù)合粉末
實(shí)例四
制備200gW-15Cu復(fù)合粉末。取3"m錦粉85g。首先用10g/LNaOH浸泡10分鐘，然后去 除上層溶液，并用去離子水清洗。再用17呢HC1浸泡鎢粉20分鐘，然后去除上層溶液并清 洗鎢粉。
取116.7g五水硫酸銅，并用去離子水溶解，配成14. 5g/L的硫酸銅溶液。取480g 的酒石酸鉀鈉，用去離子水溶解。然后將硫酸銅溶液在攪拌的條件下緩慢的加入到酒石 酸鉀鈉溶液中，得到淡藍(lán)色懸濁液。此時(shí)取NaOH溶解后加入上述淡藍(lán)色懸濁液中，溶 液變?yōu)樯钏{(lán)色，調(diào)整PH值為13.5。并加入0.24g的二聯(lián)吡啶。此時(shí)將鎢粉和160ml甲 醛加入到上述深藍(lán)色的溶液中。在5(TC恒溫水浴中加熱，并用攪拌器不斷攪拌，使鉤 粉懸浮在溶液中。至鎢粉變紅，混濁液上層澄清后，停止加熱和攪拌。將鍍后的混濁液 靜止20分鐘后，去除上層溶液，并用去離子水清洗鎢銅復(fù)合粉末3次，然后在干燥箱 中干燥，并在38(TC進(jìn)行氫氣退火1小時(shí)，即得到銅包鎢復(fù)合粉末。
實(shí)例五
制備500gW-20Cu復(fù)合粉末。取50um鎢粉400g。首先用10g/LNaOH浸泡10分鐘，然后 去除上層溶液，并用去離子水清洗。再用1(W。HC1浸泡鉤粉20分鐘，然后去除上層溶液并 清洗鎢粉。
取389g五水硫酸銅，并用去離子水溶解，配成15g/L的硫酸銅溶液。取1690g的酒石酸鉀鈉，用去離子水溶解。然后將硫酸銅溶液在攪拌的條件下緩慢的加入到酒石酸鉀 鈉溶液中，得到淡藍(lán)色懸濁液。此時(shí)取NaOH溶解后加入上述淡藍(lán)色懸濁液中，溶液變 為深藍(lán)色，調(diào)整pH值為14。并加入0.52g的二聯(lián)吡啶。此時(shí)將鎢粉和416ml甲醛加入 到上述深藍(lán)色的溶液中。在6CTC恒溫水浴中加熱，并用攪拌器不斷攪拌，使鎢粉懸浮 在溶液中。至鎢粉變紅，混濁液上層澄清后，停止加熱和攪拌。將鍍后的混濁液靜止 20分鐘后，去除上層溶液，并用去離子水清洗鎢銅復(fù)合粉末3次，然后在干燥箱中干 燥，并在40(TC進(jìn)行氫氣退火1小時(shí)，即得到銅包鎢復(fù)合粉末。
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)鍍制備銅包覆鎢復(fù)合粉末的方法，其特征是具體的操作步驟如下步驟1根據(jù)鎢銅復(fù)合粉末中鎢所占比例，取相應(yīng)鎢粉的質(zhì)量，首先用10g/LNaOH浸泡10分鐘，然后去除上層溶液，并用去離子水清洗，再用10％HCl浸泡鎢粉20分鐘，然后去除上層溶液并清洗鎢粉；步驟2根據(jù)鎢銅復(fù)合粉中銅所需重量，稱取Cu重量的3.89倍五水硫酸銅，并用去離子水溶解，配成13-15g/L的硫酸銅溶液；步驟3取酒石酸鉀鈉，用去離子水溶解，然后將硫酸銅溶液在攪拌的條件下緩慢的加入到酒石酸鉀鈉溶液中，控制溶液中酒石酸鉀鈉的濃度為52-65g/L，得到淡藍(lán)色懸濁液；步驟4取NaOH溶解后加入在攪拌的條件下加入到步驟3中所得的懸濁液中，溶液變?yōu)樯钏{(lán)色，并調(diào)整PH值在12-14范圍內(nèi)，此時(shí)加入二聯(lián)吡啶控制其濃度為0.01-0.03g/L；步驟5取反應(yīng)所需總?cè)芤褐亓康?.5％-2％的質(zhì)量濃度為37％-40％甲醛，加入步驟4所得的溶液中，并加入鎢粉；步驟6將步驟5所得混濁液在30-60℃恒溫水浴中加熱，并用攪拌器不斷攪拌，使鎢粉懸浮在溶液中，至鎢粉變紅，混濁液上層澄清后，停止加熱和攪拌；步驟7將鍍后的混濁液靜止20分鐘后，去除上層溶液，并用去離子水清洗鎢銅復(fù)合粉末3次，然后在干燥箱中干燥；步驟8將烘干后的粉末在300-400℃氫氣爐中還原1小時(shí)，即得到銅包鎢復(fù)合粉末。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制備銅包鎢復(fù)合粉末的制備方法，屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域。按照所制備復(fù)合粉末的重量比取相應(yīng)的鎢粉和五水硫酸銅，對(duì)鎢粉進(jìn)行前處理；將硫酸銅、酒石酸鉀鈉溶解成溶液；加入二聯(lián)吡啶，并通過NaOH調(diào)節(jié)pH值為12-14；加入適量甲醛溶液并加入鎢粉，并在30-60℃的恒溫水浴中加熱并不斷攪拌，至鎢粉變紅，取出鎢粉清洗干燥還原退火，即可制得銅包鎢復(fù)合粉末。本發(fā)明方法適應(yīng)范圍廣，可用于不同粗細(xì)和形狀的鎢粉包覆銅，并可以根據(jù)不同需求制備出不同成分比的鎢銅復(fù)合粉末。用本發(fā)明方法得到的銅包鎢復(fù)合粉末具有好的燒結(jié)活性，能提高鎢銅合金的綜合性能。
文檔編號(hào)C23C18/31GK101537491SQ20091008311
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者劉兆方, 濤 林, 楠 王, 驥 羅, 邵慧萍, 郝俊杰, 郭志猛, 高治山 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)