CN101121201A

CN101121201A - 钨铜粉末高致密度材料及采用热挤压制备该材料的方法

Info

Publication number: CN101121201A
Application number: CNA2007101443327A
Authority: CN
Inventors: 王尔德; 于洋; 刘祖岩
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2007-09-19
Filing date: 2007-09-19
Publication date: 2008-02-13

Abstract

钨铜粉末高致密度材料及采用热挤压制备该材料的方法，它属于金属复合材料及制备方法，它解决了现有方法设备成本高、工艺过程复杂、密度偏低，能耗大及生产效率低等因素，熔渗法材料致密度低、两相结合差的问题。本发明按重量百分比由W为50～90％、Cu为50～10w％制成。制备方法：一、以W、Cu单质粉末为原料；二、对步骤一的原料进行机械球磨成粉末；三、进行冷压制坯；四、坯料放入钢套密封后并焊合；五、将坯料加热后放入模具型腔中，用压头对坯料进行挤压，即得本发明的材料。本发明解决了传统烧结熔渗及热等静压W、Cu材料致密度不高和不互溶两相界面的难题，以及常规形变复合材料制备方法采用大挤压比在工业上难以应用的问题。

Description

钨铜粉末高致密度材料及采用热挤压制备该材料的方法

技术领域

本发明涉及金属间的复合材料及其制备方法，具体涉及W、Cu粉末采用热挤压塑性变形制备该复合材料的方法。

背景技术

钨铜粉末冶金复合材料是由高熔点、高硬度的钨和高导电、导热率的铜所构成，综合了钨和铜的优点。目前被广泛用作电阻焊、电火花加工和等离子喷涂电极材料，电子封装材料，计算机中央处理***、大规模集成电路的引线框架，固态微波管等电子器件的热沉基片。由于钨铜之间互不相溶，两者之间仅形成假合金，所以常规的冶金和粉末冶金法难以生产高致密化的钨铜材料。并且某些特殊要求的钨铜复合材料也对其生产工艺提出了更高的要求。目前，钨铜复合材料的致密化工艺主要有：熔渗法、活化烧结、真空热压、热等静压等。虽然上述工艺能够有效地提高材料的致密度和综合性能，但是由于设备成本高，工艺过程复杂，能耗大及生产效率低等因素，没有解决材料密度偏低(如相对密度普遍低于99％)的行业“瓶颈”问题，因而限制了这些技术及材料大规模的推广及应用。如熔渗法易产生微孔、孔洞及氧化物残渣等，会大大地降低材料的稳定性，而且对材料成分有很大的限制，含铜量高时则不易用熔渗法来生产；并且烧结钨骨架时不仅时间长，而且温度高，因此能耗高，效率也低。常规的烧结法虽然可以制备任意成分的合金材料，且工艺简单，成本低，但密度低，仅能生产低性能产品。采用热等静压技术虽然可获得高致密材料，但生产效率低，成本高，难以实现大批量生产。

发明内容

本发明为了解决现有W和Cu粉末制备致密材料方法的设备成本高、工艺过程复杂、能耗大、生产效率低及生产出的材料密度偏低等问体，熔渗法制备的材料致密度低、两相结合差；常规的烧结法获得的材料的密度低；采用热等静压方法生产的效率低、成本高、难以实现大批量生产的问题，提供了一种钨铜粉末高致密度材料及采用热挤压制备该材料的方法，解决上述问题的具体技术方案如下：

本发明由W和Cu粉末为原料，按重量百分比W为50～90％、Cu为50～10w％制成。

本发明采用热挤压塑性变形的钨铜粉末高致密度材料的制备方法的步骤如下：

步骤一、按重量百分比取W为50～90％、Cu为50～10w％的单质粉末为原料；

步骤二、对步骤一的原料进行机械混粉或机械球磨使粉末均匀；

步骤三、对步骤二的粉末采用钢模或冷等静压进行冷压制成坯料(采取钢模或冷等静压)，压力为200～900Mpa，坯料的相对密度为75％～85％；

步骤四、将步骤三的坯料放入钢套(真空脱气)密封后并焊合；

步骤五、挤压前将润滑剂(采用石墨乳为润滑剂)均匀涂覆于模具型腔，将坯料加热至600～1200℃，将加热的坯料放入模具型腔中，用压头对坯料加压来实施热挤压，所施加的压力由0增至1000～1200Mpa，然后稳定至500Mpa，挤压比为4～36，挤压时间为3～5秒，即制备出钨铜粉末高致密度复合材料。

原始钨粉费氏粒度在1～10μm，W和Cu两种成分要分布均匀，偏析小。

本发明的方法最终获得近致密W、Cu复合材料，两相在材料内部呈形变的纤维条带状分布，在挤压比为4～36的条件下，获得形变复合材料所要求的变形组织，提高了材料的物理、力学、电学性能。挤压后材料经热处理后，在一定程度上改变了材料电学及力学性能的匹配。本发明克服了传统烧结熔渗及热等静压W、Cu材料致密度不高和不互溶，两相界面结合困难的技术“瓶颈”，以及常规形变复合材料制备方法采用大挤压比在工业上难以实际应用的难题。本发明所获得的材料具有良好的组织性能。该方法适用于电火花加工电极、电阻焊电极、电子封装以及热沉材料的制备等领域。

具体实施方式一：本实施方式由W和Cu单质粉末为原料，按重量百分比W为50～90％、Cu为50～10w％制成钨铜粉末高致密度材料。

具体实施方式二：本实施方式按重量百分比取W为90％、Cu为10w％制成钨铜粉末高致密度材料。

具体实施方式三：本实施方式按重量百分比取W为60％、Cu为40w％制成钨铜粉末高致密度材料。

具体实施方式四：本实施方式按重量百分比取W为50％、Cu为50％制成。

具体实施方式五：本实施方式的制备方法由下列步骤实现的：

步骤一、按重量百分比取W为50～90％、Cu为50～10w％的单质粉末为原料；原始钨粉费氏粒度要在1～10μm，而原始铜粉费氏粒度要在50～100μm(电解铜粉)；W和Cu两种成分要分布均匀，偏析小；对Cu的粒度没有具体要求。

步骤五、挤压前将润滑剂(采用石墨乳为润滑剂)均匀涂覆于模具型腔内，将坯料加热至600～1200℃，将加热的坯料放入模具型腔中，用压头对坯料加压来实施热挤压工艺，所施加的压力由0增至1000～1200Mpa，然后稳定至500Mpa，挤压比为4～36，挤压时间为3～5秒，即制备出钨铜粉末高致密度材料。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式五的不同点在于步骤二中W和Cu单质粉末经60rpm60小时机械混粉获得分布均匀的复合粉末。其它步骤与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式五的不同点在于步骤三中的压力为500～700Mpa。其它步骤与具体实施方式五相同。

具体实施方式八：本实施方式的本实施方式与具体实施方式五的不同点在于步骤三中的压力为900Mpa。获得相对密度约为81％的坯料。其它步骤与具体实施方式五相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式五的不同点在于步骤五中的温度为800～1000℃。其它步骤与具体实施方式五相同。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式五的不同点在于步骤五中的挤压比为25。其它步骤与具体实施方式五相同。

具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式五的不同点在于步骤二中W和Cu单质粉末经60rpm60小时；步骤三中的压力为900Mpa；步骤五中的温度为900℃，挤压比为25。其它步骤与具体实施方式五相同。制得材料的电学及力学性能分别为：相对密度99.8％、室温拉伸强度373.9Mpa、延伸率为4.4％、电导率为41.4m/Ω.mm²、布氏硬度HB180～200。

研究表明，W-Cu形变复合材料是最有吸引力的复合材料。形变强化法制造的金属-金属复合材料是在两相材料的塑性加工过程(锻、挤、拉或轧)中形成的。两相共同变形，使增强相(第二相)伸长并在母相基体中成为纤维增强相。形成的复合材料很大程度上取决于初始材料的特性。复合强化不会明显降低铜基体的导电性，将保持铜良好的导电性和导热性；而且第二相一般是高熔点元素，可以改善材料的室温和高温性能。从而使复合材料在高强度和高导电性的领域具有极大的应用潜力。但是，为了获得细小的第二相纤维组织，必须经过大变形。这种大变形的真应变在5～10之间，挤压比甚至高达36。

Claims

1.钨铜粉末高致密度材料，由W和Cu粉末为原料，其特征在于按重量百分比W为50～90％、Cu为50～10w％制成。

2.根据权利要求1所述的钨铜粉末高致密度材料，其特征在于按重量百分比取W为90％、Cu为10w％制成。

3.根据权利要求1所述的钨铜粉末高致密度材料，其特征在于按重量百分比取W为60％、Cu为40w％制成。

4.根据权利要求1所述的钨铜粉末高致密度材料，其特征在于按重量百分比取W为50％、Cu为50％制成。

5.权利要求1所述的采用热挤压塑性变形制备钨铜粉末高致密度材料的方法，其特征在于该制备方法的步骤如下：

步骤一、按重量百分比取W为50～90％、Cu为50～10w％的单质粉末为原料，钨粉费氏粒度在1～10μm，W和Cu两种成分分布均匀，偏析小；

步骤三、对步骤二的粉末采用钢模或冷等静压进行冷压制成坯料，压力为200～900Mpa，坯料的相对密度为75％～85％；

步骤四、将步骤三的坯料放入钢套真空脱气密封后并焊合；

步骤五、挤压前将润滑剂均匀涂覆于模具型腔内，将坯料加热至600～1200℃，将加热的坯料放入模具型腔中，用压头对坯料加压来实施热挤压工艺，所施加的压力由0增至1000～1200Mpa，然后稳定至500Mpa，挤压比为4～36，挤压时间为3～5秒，即制备出钨铜粉末高致密度材料。

6.根据权利要求5所述的采用热挤压塑性变形的钨铜粉末高致密度材料的制备方法，其特征在于步骤二中W和Cu单质粉末经60rpm60小时机械混粉获得分布均匀的复合粉末。

7.根据权利要求5所述的采用热挤压塑性变形的钨铜粉末高致密度材料的制备方法，其特征在于步骤三中的压力为500～700Mpa。

8.根据权利要求5所述的采用热挤压塑性变形制备钨铜粉末高致密度材料的方法，其特征在于步骤三中的压力为900Mpa。

9.根据权利要求5所述的采用热挤压塑性变形制备钨铜粉末高致密度材料的制备方法，其特征在于步骤五中的温度为800～1000℃。

10.根据权利要求5所述的采用热挤压塑性变形制备钨铜粉末高致密度材料的方法，其特征在于步骤五中的挤压比为25。