CN101862833A

CN101862833A - 钼铜合金薄板的烧结方法

Info

Publication number: CN101862833A
Application number: CN 201010177503
Authority: CN
Inventors: 罗建军; 朱玉斌
Original assignee: LIUJING METAL SCIENCE-TECHNOLOGY Co Ltd SHANGHAI
Current assignee: LIUJING METAL SCIENCE-TECHNOLOGY Co Ltd SHANGHAI
Priority date: 2010-05-18
Filing date: 2010-05-18
Publication date: 2010-10-20

Abstract

本发明公开了一种钼铜合金薄板的烧结方法。该方法包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将0.2mm～3.0mm厚度的钼铜合金生板坯进行液相烧结即可；其中，所述的液相烧结的条件中烧结温度为1320℃～1450℃；保温时间为1～5小时。该方法制备工艺简单、连续生产周期短、能耗低、无污染，并且目标产品生产效率高，生产设备投资小、占用场地小，适用于工业化生产，并且制得的产品密度高、导电和导热性能好。

Description

钼铜合金薄板的烧结方法

技术领域

本发明涉及一种钼铜合金薄板的烧结方法。

背景技术

钼铜合金是由一定百分比含量的钼和铜组成的一种复合材料。钼铜合金既具有钼的高强度、高硬度、低膨胀系数等特性，同时又具有铜的高塑性、良好的导电和导热性等特性。因此，在大规模集成电路和大功率微波器件中钼铜合金作为基片、嵌块、连接件和散热元件材料，具有很大的应用潜力。但是，由于钼和铜之间完全不互溶，也不能形成金属间化合物，使得钼铜合金的致密化烧结比较困难。

现有的钼铜合金薄板烧结技术包括几种：

(1)机械合金化金属粉末的直接烧结法；该方法利用机械合金化，制得超细钼铜混合粉，压制成形后在1200℃～1350℃烧结，可直接制成各种成分的钼铜高致密度合金。

(2)活化液相烧结法；该方法在钼铜合金材料中加入微量(0.1wt％～0.5wt％)Ni、Co或Fe等第三种金属元素，促使不溶解于铜的钼相溶解于铜相中，从而降低烧结温度，缩短烧结时间，并且大大提高烧结致密度。

(3)熔渗法：该方法是将钼粉、或以一定比例混合的钼铜混合粉压制成坯块，在一定温度下预烧制备成具有一定密度和强度的多孔骨架，然后将熔点较低的金属铜熔化渗入到骨架中，从而得到较致密钼铜合金材料。

然而，仔细分析上述烧结技术可知，现有钼铜合金的烧结方法均存在一系列问题：

(1)对于机械合金化金属粉末的直接烧结法，机械合金化时间长(≥50h)、单批制备量小，均限制了该方法的工业化生产；并且该方法容易引入其他杂质元素，影响产品最终性能。

(2)活化液相烧结法中活化剂的加入会显著降低钼铜合金板材的导热和导电性能，这对要求高导电导热性的微电子材料来说是不利的。

(3)熔渗法在熔渗后需要进行机械加工以去除多余的金属铜，由此反而增加了后序机加工费用，降低了成品率，并且也不利于在形状复杂零部件中采用。

分析上述现有技术各方法存在以上诸多缺陷的主要原因，在于钼相和铜相是完全不互溶的，在传统的液相烧结过程中，只能通过颗粒重排和固相长大机制使材料致密化，使得钼铜材料的致密化比较困难；很多研究者也尝试采用活化烧结或机械合金化来提高烧结体的致密性，但这些方法或者不适宜工业生产，或者存在着影响材料导热、导电性的问题。另外，由于铜相和钼颗粒两者比重差异较大，若采用合金板坯高温液相烧结，铜相处于液态，而钼颗粒仍处于固态，易产生比重偏析而导致成分分布上下不均，且铜的富集会使钼颗粒间的孔洞不能被充分填隙，影响烧结的致密化作用；再者，现有钼铜生坯较厚，导致了生坯烧结致密化还受到以下两方面的制约：首先，厚的生坯在烧结过程中坯料内部杂质元素难以通过挥发和氢气还原彻底去除，导致其密度下降、塑性较差；其次，厚的生坯理论上需要高的烧结温度来提高烧结体的密度，但在实际的高温烧结过程中，厚的生坯由于更容易造成铜的下沉、流出，所以不得不降低铜的烧结温度。

因此，如何采用适当的方法，使在不添加其它活化元素的基础上烧结出高致密度且其内部钼铜两相分布均匀，同时有较高的生产效率和免去后续的机械加工工序，是克服现有技术缺陷的关键，也是制备钼铜合金技术人员亟待解决的技术问题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服了现有钼铜合金烧结技术中，机械合金化金属粉末的直接烧结法的制备时间长、生产量小、且易引入杂质影响产品性能；或者活化液相烧结法中活化剂的加入会显著降低材料的导热导电性能，不适用于要求高导电导热性的微电子材料；或者熔渗法需要后机械加工费用，降低成品率，也不利于在形状复杂零部件中采用；或者采用合金板坯高温液相烧结，易产生比重偏析而导致成分分布上下不均，且铜的富集会使钼颗粒间的孔洞不能被充分填隙，影响烧结的致密化作用等等一系列的技术缺陷，提供了一种钼铜合金薄板的烧结方法。该方法制备工艺简单、连续生产周期短、能耗低、无污染，并且目标产品生产效率高，生产设备投资小、占用场地小，适用于工业化生产，特别是制得的产品密度高、导电和导热性能好。

本发明的钼铜合金薄板的烧结方法，其包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将0.2mm～3.0mm厚度的钼铜合金生板坯进行液相烧结即可；其中，所述的液相烧结的条件中烧结温度为1320℃～1450℃；保温时间为1～5小时。

本发明中，所述的0.2mm～3.0mm厚度的钼铜合金生板坯可按照本领域常规方法制备，一般为模压或冷等静压等方法，也市售可得。其中，所述的钼铜合金生板坯中金属钼和金属铜的含量为本领域常规钼铜合金材料中各成分的含量，一般钼含量为50wt％～95wt％；铜含量为5wt％～50wt％。本发明所涉及的烧结方法不依赖粉末造粒和生坯制备的技术，可以独立成立。

本发明中，所述的液相烧结的烧结温度为1320℃～1450℃，在此温度条件下有利于减小钼铜两相间的润湿角，增加铜的流动性，从而提高烧结致密度。

本发明中，所述的液相烧结的保温时间为1～5小时，这样的保温时间不仅能使铜相充分地填充在钼颗粒之间，减小、消除孔洞；而且不会因为保温时间过长而使铜钼向下表面富集、下沉。

本发明特别优选的烧结方法充分发挥了颗粒重排和固相长大机制对烧结体致密化的贡献，在本发明的特别优选烧结条件下，钼铜合金薄板生坯逐步通过高温区域，液相逐步生成又逐步结晶，改善了钼铜合金板坯的成分均匀性、提高了洁净度和加工塑性。

本发明的钼铜合金薄板的烧结方法一较佳实例，其包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将1mm～2mm厚度的钼铜合金生板坯进行液相烧结即可；其中，所述的液相烧结的条件中烧结温度为1320℃～1370℃；保温时间为2～4.5小时。

本发明的钼铜合金薄板的烧结方法又一较佳实例，其包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将0.2mm～1mm厚度的钼铜合金生板坯进行液相烧结即可；其中，所述的液相烧结的条件中烧结温度为1320℃～1370℃；保温时间为1～3.5小时。

本发明的钼铜合金薄板的烧结方法另一较佳实例，其包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将1mm～1.8mm厚度的钼铜合金生板坯进行液相烧结即可；其中，所述的液相烧结的条件中烧结温度为1340℃～1440℃；保温时间为2～4.5小时。

本发明的钼铜合金薄板的烧结方法再一较佳实例，其包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将2mm～3mm厚度的钼铜合金生板坯进行液相烧结即可；其中，所述的液相烧结的条件中烧结温度为1350℃～1450℃；保温时间为2～4.5小时。

本发明所用试剂和原料均市售可得。

在符合本领域常识的基础上，本发明中上述的各技术特征的优选条件可以任意组合得到较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供了一种钼铜合金薄板的烧结方法。该方法利用常规工业级的钼和铜粉末直接制备高致密度的钼铜合金薄板，省去后续加工工序，生产周期较短，以生产厚度为1mm以下的合金薄板为例，其能在1天内制备完成；并且该方法省去了粉末细化处理、预烧结、高温轧制开坯、热轧、退火等多道高能耗工序，节省能源；并且该方法可根据产品成品要求，灵活调整坯料尺寸，最大限度地减少边角料损耗，且坯料不良品和边角料可直接回收再利用，原材料利用率高，以生产1mm厚的合金薄板为例，其综合成品率最高可达95％以上；该方法没有额外的修磨、碱洗和酸洗等产生废尘、废气和废液的工序，没有环境污染；并且该方法使用的生产设备投资小、占用场地小，特别适用于工业化生产。另外，本发明制得的钼铜合金薄板质量优异，产品密度高，导电和导热性能很好。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

下述实施例中涉及的钼铜合金薄板生坯均市售可得。

下述实施例中产品的相对密度测量依据GB3580-83所规定方法测定。

实施例1

合金材料的成分百分比为钼75wt％，铜25wt％，采用2mm厚度的钼铜合金薄板坯，在氢气保护气氛下，进行液相烧结；烧结温度为1320℃，烧结时间为4.5小时。

经检测钼铜合金薄板的相对密度达到94％，成品率达到95％，生产周期为15小时。

实施例2

合金材料的成分百分比为钼80wt％，铜20wt％，采用1mm厚度的钼铜合金薄板坯，在氢气保护气氛下，进行液相烧结；烧结温度为1370℃，烧结时间为3.5小时。

经检测钼铜合金薄板的相对密度达到95％，成品率达到95％，生产周期为14小时。

实施例3

合金材料的成分百分比为钼80wt％，铜20wt％，采用1.8mm厚度的钼铜合金薄板坯，在氢气保护气氛下，进行液相烧结；烧结温度为1400℃，烧结时间为3.5小时。

经检测钼铜合金薄板的相对密度达到95％，成品率达到95％，生产周期为14.5小时。

实施例4

合金材料的成分百分比为钼50wt％，铜50wt％，采用3mm厚度的钼铜合金薄板坯，在氢气保护气氛下，进行液相烧结；烧结温度为1350℃，烧结时间为2小时。

经检测钼铜合金薄板的相对密度达到95％，成品率达到95％，生产周期为13.5小时。

实施例5

合金材料的成分百分比为钼90wt％，铜10wt％，采用0.2mm厚度的钼铜合金薄板坯，在氢气保护气氛下，进行液相烧结；烧结温度为1450℃，烧结时间为2.5小时。

经检测钼铜合金薄板的相对密度达到97％，成品率达到95％，生产周期为14小时。

实施例6

合金材料的成分百分比为钼70wt％，铜30wt％，采用0.2mm厚度的钼铜合金薄板坯，在氢气保护气氛下，进行液相烧结；烧结温度为1320℃，烧结时间为3小时。

经检测钼铜合金薄板的相对密度达到94％，成品率达到95％，生产周期为13.5小时。

实施例7

合金材料的成分百分比为钼70wt％，铜30wt％，采用的1mm厚度的钼铜合金薄板坯，在氢气保护气氛下，进行液相烧结；烧结温度为1370℃，烧结时间为2小时。

经检测钼铜合金薄板的相对密度达到96％，成品率达到95％，生产周期为12小时。

实施例8

合金材料的成分百分比为钼70wt％，铜30wt％，采用0.6mm厚度的钼铜合金薄板坯，在氢气保护气氛下，进行液相烧结；烧结温度为1320℃，烧结时间为1小时。

经检测钼铜合金薄板的相对密度达到95％，成品率达到95％，生产周期为10.5小时。

实施例9

合金材料的成分百分比为钼70wt％，铜30wt％，采用1.6mm厚度的钼铜合金薄板坯，在氢气保护气氛下，进行液相烧结；烧结温度为1340℃，烧结时间为4.5小时。

经检测钼铜合金薄板的相对密度达到97％，成品率达到95％，生产周期为14.5小时。

实施例10

合金材料的成分百分比为钼70wt％，铜30wt％，采用1mm厚度的钼铜合金薄板坯，在氢气保护气氛下，进行液相烧结；烧结温度为1440℃，烧结时间为2小时。

经检测钼铜合金薄板的相对密度达到95％，成品率达到95％，生产周期为11.5小时。

实施例11

合金材料的成分百分比为钼70wt％，铜30wt％，采用3mm厚度的钼铜合金薄板坯，在氢气保护气氛下，进行液相烧结；烧结温度为1350℃，烧结时间为4.5小时。

经检测钼铜合金薄板的相对密度达到98％，成品率达到95％，生产周期为14.5小时。

实施例12

合金材料的成分百分比为钼90wt％，铜10wt％，采用3.0mm厚度的钼铜合金薄板坯，在氢气保护气氛下，进行液相烧结；烧结温度为1350℃，烧结时间为5小时。

经检测钼铜合金薄板的相对密度达到98％，成品率达到95％，生产周期为15.5小时。

实施例13

合金材料的成分百分比为钼80wt％，铜20wt％，采用2mm厚度的钼铜合金薄板坯，在氢气保护气氛下，进行液相烧结；烧结温度为1450℃，烧结时间为4.5小时。

经检测钼铜合金薄板的相对密度达到98％，成品率达到95％，生产周期为14小时。

Claims

1.一种钼铜合金薄板的烧结方法，其特征在于：其包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将0.2mm～3.0mm厚度的钼铜合金生板坯进行液相烧结即可；其中，所述的液相烧结的条件中烧结温度为1320℃～1450℃；保温时间为1～5小时。

2.如权利要求1所述的钼铜合金薄板烧结方法，其特征在于：其包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将1mm～2mm厚度的钼铜合金生板坯进行液相烧结即可；其中，所述的液相烧结的条件中烧结温度为1320℃～1370℃；保温时间为2～4.5小时。

3.如权利要求1所述的钼铜合金薄板烧结方法，其特征在于：其包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将0.2mm～1mm厚度的钼铜合金生板坯进行液相烧结即可；其中，所述的液相烧结的条件中烧结温度为1320℃～1370℃；保温时间为1～3.5小时。

4.如权利要求1所述的钼铜合金薄板烧结方法，其特征在于：其包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将1mm～1.8mm厚度的钼铜合金生板坯进行液相烧结即可；其中，所述的液相烧结的条件中烧结温度为1340℃～1440℃；保温时间为2～4.5小时。

5.如权利要求1所述的钼铜合金薄板烧结方法，其特征在于：其包括如下步骤：在氢气保护气氛中，将2mm～3mm厚度的钼铜合金生板坯进行液相烧结即可；其中，所述的液相烧结的条件中烧结温度为1350℃～1450℃；保温时间为2～4.5小时。