CN100455694C - 一种制备钨铜合金的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制备铜为25wt%～40wt%、余量为钨的高铜含量钨铜合金的方法，采用5wt%～20wt%、纯度≥99.5%、粒度为15μm～20μm的铜粉，和与所述的钨铜合金中的钨具有相同质量百分比、纯度≥99%、粒度为3～6μm钨粉，均匀混合后模压成型，孔隙度λ控制在35%±2%的压坯预烧结得到钨铜合金骨架，计算渗铜量，将纯度≥99.5%，粒度＜76um的铜粉模压成与骨架表面尺寸相同的铜片置于钨铜合金骨架上，装入石墨坩埚中，采用氧化铝填埋后进行升温渗铜；获得的高铜含量钨铜合金，具有98%以上的高致密度，传导性能优异，适合于电触头和电极材料、电子封装材料、高温发汗材料等。

Description

一种制备钨铜合金的方法

技术领域

本发明涉及钨铜复合材料的制备，特别是铜质量百分数为25％至40％的高铜含量的钨铜合金的制备方法。

背景技术

钨铜合金是由钨和铜所组成的两相均匀分布的既不固溶又不形成化合物的一类复合材料，兼有钨的高熔点、抗电蚀性、抗熔焊性和高温强度，以及铜的高导电性、高导热性、塑性和易加工性，而且铜在电弧高温下蒸发时可吸收大量电弧能量，降低电弧温度，改善使用条件和降低电蚀作用。由于钨铜合金具有以上优点，作为电触头和电极材料得到了广泛应用，并且越来越多的作为喷管喉衬、电子束靶和封装材料等应用于航空航天，核工业及电子工业等高科技领域中。

由于钨与铜的熔点相差很大，很难用常规烧结方法一次性制得高致密的钨铜合金。比较常用的有混合法、熔渗法、纳米复合粉烧结法等等。传统的混合法将设定成分的钨粉和铜粉进行混合，再成型和烧结，这种方法可以制备各种成分配比的钨铜合金，但在不添加活化剂(镍、钴、铁等)的情况下，很难达到致密，如果添加活化剂，却会使合金的传导性能大大下降，满足不了使用要求。而传统的熔渗法是先制备纯钨骨架(或骨架中加入极少量的铜)，再用铜液进行熔渗，或直接浸入铜池进行渗铜。这种方法只能制备铜含量5～25％的钨铜合金，钨含量过低难以形成稳定的骨架。另外，目前研究比较多的通过制备钨铜纳米复合粉的方法来制取高致密钨铜合金方面，也集中在铜含量25％以下的钨铜合金，而且由于纳米粉末中容易存在很高的氧等气体含量以及压坯密度相对低的问题，导致实际生产时直接烧结法也难以致密。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备铜的质量百分比为25％～40％、余量为钨的高铜含量钨铜合金的方法，可以获得98％以上的高致密度，传导性能优异，适合于电触头和电极材料、电子封装材料、高温发汗材料等。

本发明的铜质量百分比为25％～40％、余量为钨的高铜含量的钨铜合金的制备方法，依次包括以下步骤：

(1)采用质量百分比为5％～20％的铜粉，和与所述的钨铜合金中的钨具有相同质量百分比的钨粉均匀混合8小时～16小时；所述铜粉的纯度≥99.5％、粒度为15μm～20μm，所述钨粉的纯度≥99％、粒度为3μm～6μm；

(2)将混合料在为180MPa～200Mpa的压力下模压成型，得到压坯；

(3)将压坯置于氢气炉中进行预烧结，烧结温度900～1000℃，保温0.5小时～1小时，得到钨铜合金骨架；

(4)通过测定预烧结后压坯的质量M、体积V后计算其孔隙度

所述的压坯孔隙度λ控制在35％±2％的范围内，进而计算渗铜量＝λ×V×ρ_Cu，其中ρ_坯为与压坯成分相同的钨铜合金的理论密度、ρ_Cu为铜的理论密度；

(5)将按步骤(4)计算的渗铜量的1.1倍～1.2倍量的铜粉模压成与骨架表面尺寸相同的铜片；所述的铜粉的纯度≥99.5％，粒度＜76um；

(6)将铜片置于钨铜合金骨架上面并对齐，装入石墨坩埚中，采用氧化铝填埋，升温至1350～1400℃进行渗铜，保温1～3小时即得到铜的质量百分比为25％～40％、余量为钨的钨铜合金。

附图说明

图1为本发明的质量百分比为25％、余量为钨的钨铜合金的断面SEM照片；

图2为本发明的质量百分比为35％、余量为钨的钨铜合金的断面SEM照片；

图3为本发明的质量百分比为40％、余量为钨的钨铜合金的断面SEM照片。

具体实施方式

实施例1：铜质量百分比为25％、余量为钨的钨铜合金的制备

采用5wt％、纯度≥99.5％、粒度为15μm的铜粉，和与所述的25wt％铜含量的钨铜合金中的钨具有相同质量百分比的钨粉，即质量75wt％、且纯度99.5％、粒度为4.2μm的钨粉，装入混合筒中，并加入少量硬质合金球，混合12小时至混合均匀，停机冷却1小时后再卸料。混合料在200Mpa的压力下模压成型(在钢模中压成直径为40mm的圆片，以下实施例同)，将得到的压坯置于氢气炉中进行预烧结，烧结温度950℃，保温1小时，得到钨铜合金骨架。冷却卸料后，测定预烧结后压坯的质量M＝120g、体积V＝10.30cm³后，计算其孔隙度 $\mathrm{\λ}$

进而计算渗铜量＝λ×V×ρ_Cu＝32.3g(其中ρ_坯为与压坯成分相同的钨铜合金的理论密度，即17.98g/cm³；ρ_Cu为铜的理论密度，即8.9g/cm³，以下实施例同)。实际渗铜量采用计算量的1.1倍，即35.5g，模压成与骨架表面尺寸相同的铜片，即直径为40mm的圆片(以下实施例同)，其中铜粉的纯度≥99.5％，粒度15um；将铜片置于钨铜合金骨架上面并对齐，装入石墨坩埚中，盖好氧化铝埋料。然后将舟皿推入氢气保护炉中，升温烧结。用3小时从950℃升到1400℃，保温2小时，降温冷却，即得到钨铜合金。

对产品进行相关性能检测：铜含量24.9％，在允许含量25％±2％范围内；密度14.8g/cm³，相对密度99.0％，硬度HB199，抗拉强度685MPa。从图1可以看出，形成了非常好的铜网结构，每个钨粒子周围都填充满铜，结构均匀致密；测定其电导率为22.3MS.m^-1。

以上检测结果表明，得到的是铜质量百分比为25％、余量为钨的钨铜合金，且在保证25wt％的高铜含量的同时，致度密≥98％，具有优越的性能。

实施例2：铜质量百分比为35％、余量为钨的钨铜合金的制备

采用15wt％、纯度≥99.5％、粒度为18μm的铜粉，和与所述的35wt％铜含量的钨铜合金中的钨具有相同质量百分比的钨粉，即质量65wt％、且纯度99.5％、粒度为3.7μm的钨粉，装入混合筒中，并加入少量硬质合金球，混合12小时至混合均匀，停机冷却1小时后再卸料。混合料在190Mpa的压力下模压成型(在钢模中压成直径为40mm的圆片)，将得到的压坯置于氢气炉中进行预烧结，烧结温度900℃，保温1.5小时，得到钨铜合金骨架。冷却卸料后，测定预烧结后压坯的质量M＝120g、体积V＝11.59cm3后，计算其孔隙度

$34.6\%,$ 进而计算渗铜量＝λ×V×ρ_Cu＝35.7g。实际渗铜量采用计算量的1.1倍，即39.3g，模压成与骨架表面尺寸相同的铜片，即直径为40mm的圆片，其中铜粉的纯度≥99.5％，粒度40um；将铜片置于钨铜合金骨架上面并对齐，装入石墨坩埚中，盖好氧化铝埋料。然后将舟皿推入氢气保护炉中，升温烧结。用3小时从950℃升到1380℃，保温2小时，降温冷却，即得到钨铜合金。

对产品进行相关性能检测：铜含量35.7％(在允许含量35％±2％范围内)，密度13.5g/cm³，相对密度99.2％，硬度HB166，抗拉强度496MPa。从图2可以看出，形成了非常好的铜网结构，每个钨粒子周围都填充满铜，结构均匀致密；测定其电导率为27.4MS.m^-1。

以上检测结果表明，得到的是铜质量百分比为35％、余量为钨的钨铜合金，且在保证35wt％的高铜含量的同时，致度密≥98％，具有优越的性能。

实施例3：铜质量百分比为40％、余量为钨的钨铜合金的制备

采用20wt％、纯度≥99.5％、粒度为20μm的铜粉，和与所述的40wt％铜含量的钨铜合金中的钨具有相同质量百分比的钨粉，即质量60wt％、且纯度99.5％、粒度为5.0μm的钨粉，装入混合筒中，并加入少量硬质合金球，混合16小时至混合均匀，停机冷却1小时后再卸料。混合料在180Mpa的压力下模压成型(在钢模中压成直径为40mm的圆片)，将得到的压坯置于氢气炉中进行预烧结，烧结温度900℃，保温1小时，得到钨铜合金骨架。冷却卸料后，测定预烧结后压坯的质量M＝120g、体积V＝12.35cm³后，计算其孔隙度

进而计算渗铜量＝λ×V×ρ_Cu＝38.4g。实际渗铜量采用计算量的1.1倍，即42.2g，模压成与骨架表面尺寸相同的铜片，即直径为40mm的圆片，其中铜粉的纯度≥99.5％，粒度75um；将铜片置于钨铜合金骨架上面并对齐，装入石墨坩埚中，盖好氧化铝埋料。然后将舟皿推入氢气保护炉中，升温烧结。用3小时从950℃升到1350℃，保温2小时，降温冷却，即得到钨铜合金。

对产品进行相关性能检测：铜含量39.7％(在允许含量40％±2％范围内)，密度12.77g/cm³，相对密度99.8％，硬度HB143，抗拉强度445MPa。从图3可以看出，形成了非常好的铜网结构，每个钨粒子周围都填充满铜，结构均匀致密；测定其电导率为27.8MS.m^-1。

以上检测结果表明，得到的是铜质量百分比为40％、余量为钨的钨铜合金，且在保证40wt％的高铜含量的同时，致度密≥98％，具有优越的性能。

Claims (1)

1、一种铜的质量百分比为25％～40％、余量为钨的钨铜合金的制备方法，依次包括以下步骤：

(1)采用质量百分比为5％～20％的铜粉，和与所述的钨铜合金中的钨具有相同质量百分比的钨粉均匀混合8小时～16小时；所述铜粉的纯度≥99.5％、粒度为15μm～20μm，所述钨粉的纯度≥99％、粒度为3μm～6μm；

(2)将混合料在为180MPa～200Mpa的压力下模压成型，得到压坯；

(3)将压坯置于氢气炉中进行预烧结，烧结温度900～1000℃，保温0.5小时～1小时，得到钨铜合金骨架；

(4)通过测定预烧结后压坯的质量M、体积V后计算其孔隙度

所述的压坯孔隙度λ控制在35％±2％的范围内，进而计算渗铜量＝λ×V×ρ_Cu，其中ρ_坯为与压坯成分相同的钨铜合金的理论密度、ρ_Cu为铜的理论密度；

(5)将按步骤(4)计算的渗铜量的(1.1～1.2)倍的铜粉模压成与骨架表面尺寸相同的铜片；所述的铜粉的纯度≥99.5％，粒度＜76um；

(6)将铜片置于钨铜合金骨架上面并对齐，装入石墨坩埚中，采用氧化铝填埋，升温至1350～1400℃进行渗铜，保温1～3小时即得到铜的质量百分比为25％～40％、余量为钨的钨铜合金。

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