本發(fā)明屬于金屬粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，通過還原預(yù)燒結(jié)-爆炸壓實(shí)-擴(kuò)散燒結(jié)等一系列工藝連接鎢與銅，所獲得的鎢與銅的復(fù)合結(jié)構(gòu)屬于粉末冶金復(fù)合。

背景技術(shù)：

鎢是熔點(diǎn)高，蒸汽壓很低，蒸發(fā)速度也較小的金屬。良好的熱傳導(dǎo)性，優(yōu)異的高溫強(qiáng)度，使它經(jīng)常被用來制造耐高熱流元件。在核聚變反應(yīng)裝置中,偏濾器面對等離子一側(cè)的材料要求有很好的耐高溫性能和良好的熱傳導(dǎo)性能，而另一側(cè)的材料需要優(yōu)良的導(dǎo)熱性能?，F(xiàn)有的單一材料不能同時(shí)滿足這兩種需要,而鎢銅復(fù)合材料滿足這種要求。鎢具有很高的熔點(diǎn),可作為面對等離子一側(cè)的耐高溫材料,銅具有很好的導(dǎo)熱性能，作為基體材料能滿足導(dǎo)熱和冷卻的要求。

目前用來連接鎢與銅的主要方法有，電子束焊接技術(shù)(smidi，akibam，vieideng，etal.developmentoftungstenarmorandbondingtocopperforplasma-interactivecomponents，jnuclmater，1998)，熱等靜壓技術(shù)(saitos，fukayak，ishiyamas，etal.mechanicalpropertiesofhipbondedwandcu-alloysjointforplasmafacingcomponents，jnuclmater，2002)燒結(jié)－熔滲技術(shù)(jedamzikr，neubrandaandrodelj.characterizationofelectrochemicallyprocessedgradedtungsten/coppercomposites，matersciforum，1999)，超高壓通電燒結(jié)技術(shù)(zhouzj，duj，songsx，etal.microstructuralcharacterizationofw/cufunctionallygradedmaterialsproducedbyaone-stepresistancesinteringmethod，jalloycompd，2007)，釬焊技術(shù)(barabashv，akibam，cardellaa，etal.armorandheatsinkmaterialsjoiningtechnologiesdevelopmentforiterplasmafacingcomponents，jnuclmater，2000)，鑄造技術(shù)(陳俊凌，李建剛.噴涂有厚鎢涂層的第一壁部件或銅合金熱沉材料及其制作方法：中國10095156.3[p]2005)。電子束焊接技術(shù)能耗大鎢晶粒易長大，熱等靜壓技術(shù)連接強(qiáng)度低，燒結(jié)－熔滲技術(shù)難以獲得連續(xù)成分變化的梯度材料，超高壓通電燒結(jié)技術(shù)孔隙率稍大，釬焊技術(shù)在結(jié)合界面引入雜質(zhì)，鑄造技術(shù)工藝復(fù)雜、成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種燒結(jié)結(jié)合爆炸壓實(shí)連接鎢和銅的方法，以達(dá)到生產(chǎn)簡單、高效、廉價(jià)、產(chǎn)量大的目的。

本發(fā)明方法的技術(shù)原理：

(1)將純銅粉預(yù)壓在鎢材與銅材之間。預(yù)壓的目的是為了使純銅粉與鎢材和銅材結(jié)合緊密，預(yù)壓之后的純銅粉在爆炸壓實(shí)中，更易被壓實(shí)。

(2)還原預(yù)燒結(jié)或真空預(yù)燒結(jié)是為了除去純銅粉、銅材、鎢材表面的氧化物、吸附氣體、污漬，使它們露出新鮮的金屬表面，便于后續(xù)的擴(kuò)散燒結(jié)。燒結(jié)還可以使純銅粉被燒結(jié)在一起，銅顆粒間形成燒結(jié)頸，有利于后續(xù)的爆炸壓實(shí)。

(3)爆炸壓實(shí)是為了將純銅粉壓制成接近理論密度的銅層，并且將純銅粉層與鎢材和銅材緊密結(jié)合，在后續(xù)擴(kuò)散燒結(jié)過程中使被壓實(shí)的純銅粉層與鎢材和銅材更易燒結(jié)在一起，但爆炸壓實(shí)在銅涂層中產(chǎn)生很大的殘余應(yīng)力，在銅涂層中還可能存在微裂紋與微孔隙。

(4)擴(kuò)散燒結(jié)的目的是為了使銅或和鎢材連接在一起，并且消除由于爆炸壓實(shí)而在純銅粉層中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力與微裂紋、微孔隙。

一種連接鎢材與銅材的方法，步驟如下：

(1)在鎢材與銅材之間鋪設(shè)銅粉，預(yù)壓到銅的理論密度的30-80％；

(2)在真空或還原性氣氛中，加熱至700-1070℃溫度條件下，還原預(yù)燒結(jié)30min以上，形成預(yù)燒結(jié)工件；

(3)爆炸壓實(shí)預(yù)燒結(jié)工件，將銅粉層壓至理論密度的95％以上；

(4)將爆炸壓實(shí)的工件置于800-1070℃溫度條件下，擴(kuò)散燒結(jié)30min以上；隨爐冷卻，即實(shí)現(xiàn)鎢材與銅材的連接。

一種連接鎢材與銅材的方法，步驟如下：

(1)在鎢材表面鋪設(shè)銅粉，預(yù)壓到銅的理論密度的30-80％；

(2)在真空或還原性氣氛中，加熱至700-1070℃溫度條件下，還原預(yù)燒結(jié)30min以上，形成預(yù)燒結(jié)工件；

(3)爆炸壓實(shí)預(yù)燒結(jié)工件，將銅粉層壓至理論密度的95％以上；

(4)將爆炸壓實(shí)的工件置于800-1070℃溫度條件下，擴(kuò)散燒結(jié)30min以上；隨爐冷卻，即實(shí)現(xiàn)鎢材與銅材的連接。

所述的還原性氣氛為氫氣、氫氣與氬氣混合氣、氫氣與氦氣混合氣、氫氣、氬氣與氦氣混合氣。

所述的銅粉替換為鎢銅合金粉。

所述的爆炸壓實(shí)分為兩種類型，一種是直接的爆炸壓實(shí)，裝置圖如圖1所示。另一種是水下爆炸壓實(shí)，裝置圖如圖2所示。

本發(fā)明的有益效果：

1)通過提供簡單的裝置，可在短時(shí)間將鎢與銅連接，制備成本低廉，便于工業(yè)化生產(chǎn)。

2)由于燒結(jié)溫度最高不超過950℃，可以避免鎢材中鎢晶粒的生長。

3)采用通氫燒結(jié)，還可以大大降低銅涂層與鎢材中的氧含量，提高材料力學(xué)性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的爆炸壓實(shí)示意圖。

圖2是本發(fā)明的水下爆炸壓實(shí)示意圖。

圖3是本發(fā)明鎢與銅連接的流程圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)例1中的鎢銅界面的微觀形貌(sem)圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)例2中的鎢銅梯度材料各界面的微觀形貌(sem)圖。

圖中：1雷管；2炸藥；3鋼套；4鎢材；5預(yù)壓預(yù)燒結(jié)后的純銅粉；6銅材；7水；8隔水膜；9純銅粉；10孔隙；11燒結(jié)頸；12微裂紋；13鎢；14銅；15鎢銅質(zhì)量比1:1的鎢銅合金；16鎢銅質(zhì)量比3:1的鎢銅合金。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案，進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

實(shí)施例1

將1.795g的200目銅粉置于1mm厚的鎢板與10mm后的鉻鋯銅塊之間。在壓力機(jī)下將銅粉壓到理論密度的50％。然后將粉末放入鋼套中在燒結(jié)爐中進(jìn)行通氫燒結(jié)。燒結(jié)溫度為850℃，加熱時(shí)長為1個(gè)小時(shí)。將樣品取出在空氣中冷卻后進(jìn)行爆炸壓實(shí)。爆炸壓實(shí)示意圖如圖1所示，鋼套頂部藥厚50mm，兩側(cè)藥厚30mm。爆炸壓實(shí)后連同鋼套在管式燒結(jié)爐中進(jìn)行擴(kuò)散燒結(jié)，燒結(jié)溫度為980℃，燒結(jié)時(shí)長為1個(gè)小時(shí)，然后隨爐冷卻，即得到連接在一起的鎢銅復(fù)合材料。圖3為鎢銅界面的微觀形貌(sem)圖，從中可以看出鎢板與銅基體緊密的結(jié)合在一起。

實(shí)施例2

按照實(shí)施例1的制備方法，在鎢板與銅基體之間添加兩種鎢銅合金粉末，分別為75％w-25％cu，50％w-50％cu，實(shí)現(xiàn)了鎢與銅的連接。制備出的鎢銅梯度復(fù)合材料的界面如圖3所示。