CN103952576B - 在超重力场中燃烧合成制备钼铜合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于燃烧合成技术领域，具体涉及一种在超重力场中燃烧合成制备钼铜合金的方法。本发明以Al-CuO作为反应体系，以Cu、Mo和B2O3作为稀释剂，在超重力场中（500～5000g）诱发各种原料之间发生高温铝热反应，铝热反应的产物陶瓷熔体与金属熔体在超重力场中实现快速分离、致密化和冷却，得到陶瓷固体和金属固体，切除金属固体一端的纯铜层，得到钼铜合金。本发明具有工艺简单，制备周期短，成本低等特点。

Description

在超重力场中燃烧合成制备钼铜合金的方法
技术领域
本发明属于燃烧合成技术领域，具体涉及一种在超重力场中燃烧合成制备钼铜合金的方法。
背景技术
钼铜合金由互不固溶的金属Mo和Cu组成，综合了Mo和Cu的优异性能，具有良好的高温强度、抗烧蚀、高热导率和低热膨胀系数等优点，广泛应用于点触头、电极材料、电子封装热沉材料、火箭喷嘴、飞机喉衬等领域。目前，钼铜合金现有的生产方法包括高温液相烧结法、熔渗法、热压烧结法、放电等离子体烧结法等。但Mo与Cu之间熔点差异大、不互溶和润湿性差的特点，极大的限制了具有高致密度、微观结构均匀的钼铜合金的制备。
2Al+3CuO=Al2O3+3Cu(1)
燃烧合成技术具有工艺简单、反应迅速、制备温度高等特点，适用于多种高熔点无机材料的制备，但制得的块体材料通常纯度较低、气孔率较高。超重力场是指通过离心的方式获得的比地球重力加速度（g=9.8N/Kg）大得多的环境。在超重力场中，气-液、液-液、液-固两相间的传热传质过程得到极大的强化，能够高效的实现如上述式(1)所示的铝热反应。将燃烧合成技术与超重力场相结合，能够极大的促进材料制备过程中的传热与传质过程，提高制得块体材料的纯度与致密度。在超重力场中燃烧合成制备钼铜合金，一方面能够利用铝热反应高的制备温度，以提高Mo与Cu之间的润湿性，另一方面可以利用熔体相的密度差和粘度差在超重力场中实现块体材料的快速致密化，最终获得高致密度、微观结构均匀的钼铜合金。本发明的方法是一种基于凝固原理，而不是烧结原理制备钼铜合金的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种在超重力场中燃烧合成制备钼铜合金的方法。
本发明以Al-CuO作为反应体系，以Mo、Cu和B2O3作为稀释剂，在超重力场中（500～5000g）诱发各种原料之间发生高温铝热反应，铝热反应的产物陶瓷熔体与金属熔体在超重力场中实现快速分离、致密化和冷却，得到陶瓷固体和金属固体，切除金属固体一端的纯铜层，得到钼铜合金。本发明具有工艺简单，制备周期短，成本低等特点。
本发明的在超重力场中燃烧合成制备钼铜合金的方法为：将CuO、Al、Mo、Cu和B2O3原料混合均匀并压坯，得到相对密度为40%～60%的铝热剂预制块，将得到的铝热剂预制块装入石墨坩埚中，并置于超重力设备中；然后在真空度为10～1000Pa，离心力为500～5000g的超重力场中，利用通电钨螺旋丝发热诱发铝热剂预制块中的各种原料之间发生高温铝热反应，铝热反应的产物陶瓷熔体与金属熔体在超重力场中实现分离、致密化和冷却，得到陶瓷固体和金属固体，切除金属固体一端的纯铜层，得到钼铜合金。
所述的铝热剂预制块中各种原料组分的摩尔百分含量为：CuO:21～36%，Al:14～24%，Mo:20～45%，Cu:5～30%，B2O3:5～15%，且原料中CuO与Al之间的摩尔比为CuO:Al=3:2。
所述的超重力场是在超重力设备中通过高速离心产生。
本发明的在超重力场中燃烧合成制备钼铜合金的方法，将燃烧合成技术与超重力场相结合用于钼铜合金的制备，在传热、传质过程中极大增强的超重力场的作用下，充分发挥出了燃烧合成技术制备温度高、反应迅速、能耗低的特点。
本发明的在超重力场中燃烧合成制备钼铜合金的方法具有工艺简单，制备周期短，成本低等特点。
附图说明
图1.本发明实施例1的钼铜合金的XRD图谱。
图2.本发明实施例2的钼铜合金的SEM图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步的说明，但本发明并不局限于下面所述的内容。
实施例1
将CuO、Al、Mo、Cu、B2O3原料按表1所示配比混合均匀并压坯，得到相对密度为60%的铝热剂预制块，将得到的铝热剂预制块装入石墨坩埚中，并置于超重力设备中；然后在真空度为1000Pa，离心力为500g的超重力场中，利用通电钨螺旋丝发热诱发铝热剂预制块中的各种原料之间发生高温铝热反应，铝热反应的产物玻璃陶瓷熔体与金属熔体在超重力场中实现快速分离、致密化和冷却，得到陶瓷固体和金属固体，切除金属固体一端的纯铜层，得到钼铜合金。
表1
组分 CuO Al Mo Cu B2O3
摩尔含量（mol%） 36 24 20 5 15
对得到的钼铜合金进行XRD（如图1所示）、SEM分析和密度测试，得到的结果如下：钼铜合金由Mo和Cu两相组成，微观结构均匀，密度为9.45g/cm3。
实施例2
将CuO、Al、Mo、Cu、B2O3原料按表2所示配比混合均匀并压坯，得到相对密度为50%的铝热剂预制块，将得到的铝热剂预制块装入石墨坩埚中，并置于超重力设备中；然后在真空度为500Pa，离心力为1000g的超重力场中，利用通电钨螺旋丝发热诱发铝热剂预制块中的各种原料之间发生高温铝热反应，铝热反应的产物玻璃陶瓷熔体与金属熔体在超重力场中实现快速分离、致密化和冷却，得到陶瓷固体和金属固体，切除金属固体一端的纯铜层，得到钼铜合金。
表2
组分 CuO Al Mo Cu B2O3
摩尔含量（mol%） 30 20 25 15 10
对得到的钼铜合金进行XRD、SEM（如图2所示）分析和密度测试，得到的结果如下：钼铜合金由Mo和Cu两相组成，微观结构均匀，密度为9.65g/cm3。
实施例3
将CuO、Al、Mo、Cu、B2O3原料按表3所示配比混合均匀并压坯，得到相对密度为40%的铝热剂预制块，将得到的铝热剂预制块装入石墨坩埚中，并置于超重力设备中；然后在真空度为100Pa，离心力为3000g的超重力场中，利用通电钨螺旋丝发热诱发铝热剂预制块中的各种原料之间发生高温铝热反应，铝热反应的产物玻璃陶瓷熔体与金属熔体在超重力场中实现快速分离、致密化和冷却，得到陶瓷固体和金属固体，切除金属固体一端的纯铜层，得到钼铜合金。
表3
组分 CuO Al Mo Cu B2O3
摩尔含量（mol%） 27 18 30 20 5
对得到的钼铜合金进行XRD、SEM分析和密度测试，得到的结果如下：钼铜合金由Mo和Cu两相组成，微观结构均匀，密度为9.87g/cm3。
实施例4
将CuO、Al、Mo、Cu、B2O3原料按表4所示配比混合均匀并压坯，得到相对密度为50%的铝热剂预制块，将得到的铝热剂预制块装入石墨坩埚中，并置于超重力设备中；然后在真空度为10Pa，离心力为5000g的超重力场中，利用通电钨螺旋丝发热诱发铝热剂预制块中的各种原料之间发生高温铝热反应，铝热反应的产物玻璃陶瓷熔体与金属熔体在超重力场中实现快速分离、致密化和冷却，得到陶瓷固体和金属固体，切除金属固体一端的纯铜层，得到钼铜合金。
表4
组分 CuO Al Mo Cu B2O3
摩尔含量（mol%） 21 14 45 15 5
对得到的钼铜合金进行XRD、SEM分析和密度测试，得到的结果如下：钼铜合金由Mo和Cu两相组成，无残留陶瓷相，微观结构均匀，密度为9.97g/cm3。
实施例5
将CuO、Al、Mo、Cu、B2O3原料按表5所示配比混合均匀并压坯，得到相对密度为60%的铝热剂预制块，将得到的铝热剂预制块装入石墨坩埚中，并置于超重力设备中；然后在真空度为100Pa，离心力为2000g的超重力场中，利用通电钨螺旋丝发热诱发铝热剂预制块中的各种原料之间发生高温铝热反应，铝热反应的产物玻璃陶瓷熔体与金属熔体在超重力场中实现快速分离、致密化和冷却，得到陶瓷固体和金属固体，切除金属固体一端的纯铜层，得到钼铜合金。
表5
组分 CuO Al Mo Cu B2O3
摩尔含量（mol%） 24 16 20 30 10
对得到的钼铜合金进行XRD、SEM分析和密度测试，得到的结果如下：钼铜合金由Mo和Cu两相组成，无残留陶瓷相，微观结构均匀，密度为9.73g/cm3。
实施例6
将CuO、Al、Mo、Cu、B2O3原料按表6所示配比混合均匀并压坯，得到相对密度为40%的铝热剂预制块，将得到的铝热剂预制块装入石墨坩埚中，并置于超重力设备中；然后在真空度为500Pa，离心力为3000g的超重力场中，利用通电钨螺旋丝发热诱发铝热剂预制块中的各种原料之间发生高温铝热反应，铝热反应的产物玻璃陶瓷熔体与金属熔体在超重力场中实现快速分离、致密化和冷却，得到陶瓷固体和金属固体，切除金属固体一端的纯铜层，得到钼铜合金。
表6
组分 CuO Al Mo Cu B2O3
摩尔含量（mol%） 33 22 35 5 5
对得到的钼铜合金进行XRD、SEM分析和密度测试，得到的结果如下：钼铜合金由Mo和Cu两相组成，无残留陶瓷相，微观结构均匀，密度为9.91g/cm3。

Claims (1)

1.一种在超重力场中燃烧合成制备钼铜合金的方法，其特征是：将CuO、Al、Mo、Cu和B2O3原料混合均匀并压坯，得到相对密度为40％～60％的铝热剂预制块，将得到的铝热剂预制块装入石墨坩埚中，并置于超重力设备中；然后在真空度为10～1000Pa，离心力为500～5000g的超重力场中，利用通电钨螺旋丝发热诱发铝热剂预制块中的各种原料之间发生高温铝热反应，铝热反应的产物陶瓷熔体与金属熔体在超重力场中实现分离、致密化和冷却，得到陶瓷固体和金属固体，切除金属固体一端的纯铜层，得到钼铜合金；
所述的铝热剂预制块中各种原料组分的摩尔百分含量为：CuO:21～36％，Al:14～24％，Mo:20～45％，Cu:5～30％，B2O3:5～15％，且原料中CuO与Al之间的摩尔比为CuO:Al＝3:2。
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