新型钨铜复合材料的制备及组织性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lgb0532
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W-Cu复合材料是由金属W和金属Cu组成的一种假合金,它兼具W和Cu的部分特性,在保持高强度,高硬度的同时拥有优异的导热和导电性能,被广泛应用于制备电接触材料部件,耐高温器件和电子封装及热沉元器件。W和Cu不能互溶形成固溶体,且两者浸润性较差,熔点差较大,所以传统粉末冶金法难以制备出全致密的W-Cu复合材料。因此,如何提升材料致密度,降低烧结温度,提升W-Cu复合材料的综合性能是W-Cu复合材料的主要研究方向。本论文主要使用粉末冶金法制备出层状梯度W-Cu材料,并对其在激光热冲击和高温热震下的变形和破坏行为进行研究。另外,分别使用还原氧化石墨烯添加和溶液燃烧合成制备超细粉体的方式,制备高性能的W-Cu复合材料。全文主要研究结果如下:(1)采用化学镀法制备W-10Cu(质量分数)复合粉体,将其与Cu粉混合,分别获得W-20Cu和W-30Cu复合粉体,将三种复合粉体叠层压制无压烧结后制得梯度钨铜合金。实验结果表明,1350℃烧结120min可以获得致密度达到96.9%的三层W-Cu梯度材料,烧结体的室温热导率达到217W/(m·K)。将此三层梯度W-Cu材料在1000℃分别热震30次、60次和90次后发现,热震会使得W-Cu梯度材料中的铜在界面处富集,30Cu层和20Cu层界面变形较为明显,但无裂纹产生,10Cu层和20Cu层间会出现从边缘向梯度层界面中心延伸的裂纹。以低铜层(W-10Cu)为热冲击界面,观察不同热通量的激光束热冲击下梯度材料的损伤,结果表明,激光热冲击会在W-10Cu层形成锥形的质量损失区域,其深度随激光束热通量的提升而增加,在激光束的热通量为1.35 MW/m~2·s1/2时,烧蚀区域的深度为1157μm。(2)采用化学镀法分别制备铜-还原氧化石墨烯复合粉体和W-Cu复合粉体,经SPS烧结后得到还原氧化石墨烯增强的W-20Cu复合材料。对复合粉体的形貌和结构进行了观察,对烧结后块体的密度、组织形貌和性能进行了测试。实验结果表明,以化学镀的方式将RGO加入W-Cu复合材料中可以提升W-Cu复合材料的力学性能和导热性能。经测试,W-20Cu-0.5RGO烧结体的室温热导率达到237 W/(m·K),抗弯强度为960MPa,显微硬度为248.5HV。(3)采用硝酸铵、偏钨酸铵、硝酸铜、甘氨酸为原料,使用溶液燃烧合成-氢还原法制备出超细的W-30Cu复合粉体。对溶液燃烧的工艺进行了探索,通过XRD、TG-DSC-MS和SEM等测试手段,探讨了溶液燃烧合成的反应机理,并为更好地控制反应提供了依据。实验结果表明,在700℃可以将溶液燃烧合成制备的前驱体粉末还原成晶粒尺寸约为70nm的W-30Cu复合粉体。将此W-30Cu复合粉体在1200℃烧结120min即可制备出致密度达到98.6%的W-30Cu复合材料,其显微硬度和导热系数分别为245.6HV和223.55W/(m·K)。
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