CN108356287A - 一种催化凝胶制备钨弥散强化铜基复合材料的方法 - Google Patents

一种催化凝胶制备钨弥散强化铜基复合材料的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108356287A
CN108356287A CN201810058339.5A CN201810058339A CN108356287A CN 108356287 A CN108356287 A CN 108356287A CN 201810058339 A CN201810058339 A CN 201810058339A CN 108356287 A CN108356287 A CN 108356287A
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper
tungsten
dispersion
composite material
strengthened
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810058339.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108356287B (zh
Inventor
陈存广
陆天行
郭志猛
李沛
杨芳
纪庆竹
郝俊杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Science and Technology Beijing USTB
Original Assignee
University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Science and Technology Beijing USTB filed Critical University of Science and Technology Beijing USTB
Priority to CN201810058339.5A priority Critical patent/CN108356287B/zh
Publication of CN108356287A publication Critical patent/CN108356287A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108356287B publication Critical patent/CN108356287B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/24—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
    • B22F9/26—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions using gaseous reductors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/0425—Copper-based alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Manufacture Of Metal Powder And Suspensions Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供了一种催化凝胶制备钨弥散强化铜基复合材料的方法，属于粉末冶金技术领域。本发明基于催化凝胶方法，将可溶性铜盐与可溶性钨酸盐共同溶解后实现钨与铜离子级别均匀混合，将丙烯酰胺单体和N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺交联剂预混液与之混合均匀，向其中加入过硫酸铵溶液催化形成凝胶坯体，经煅烧、还原获得钨弥散强化铜粉末，最终通过压制、烧结制备出钨弥散强化铜基复合材料。本发明技术制备的铜基复合材料中钨颗粒为纳米级尺度，在铜基体中呈均匀弥散分布，不仅大幅提升铜基体的力学性能，还使复合材料保持优异的导热特性，在核聚变堆偏滤器等高导热部件中具有重要应用前景。

Description

一种催化凝胶制备钨弥散强化铜基复合材料的方法
技术领域
本发明属于铜基复合材料制备技术领域。特别提供了一种以可溶性铜盐与可溶性钨酸盐为原料，通过催化凝胶结合粉末冶金工艺制备钨弥散强化铜基复合材料的方法。
技术背景
铜合金具有导电性好、导热性好、耐磨损、机械性能好等优异的物理力学性能，因此广泛应用于航空航天、军事国防、交通运输、电子封装以及电气工业等领域。但是随着科学技术的发展，传统铜合金难以满足应用需求，弥散强化铜由于其强度高(抗拉强度大于600MPa)、软化温度高(大于600℃)、导电导热性能良好而受到广泛关注。
在弥散强化铜材料中，弥散相颗粒一般小于50nm，嵌入在铜基体和晶界上，起到阻碍位错运动，增强基体强度的作用。目前弥散强化铜的弥散相以纳米氧化铝为主，主要制备手段包括：机械合金化法、内氧化法、化学沉淀——还原法等。专利申请号201210508556.2公开了一种机械合金化制备氧化铝弥散强化铜的方法，但球磨过程中不可避免的会引入Fe、Cr等杂质元素，会导致制品导热导电性能下降。专利申请号201210187981.6公开了一种共还原法制备弥散强化铜的方法，其弥散相粒子分布均匀、颗粒细小，但工艺较为复杂。金属钨具有熔点高、硬度高、导电导热性好等特点，广泛用于高温材料、高硬材料等领域中。由于钨与铜两种金属界面无润湿性，不会形成合金，且钨颗粒尺寸可达到50nm以下，因此钨可以作为铜基材料弥散强化相的理想选择。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以可溶性铜盐与可溶性钨盐为原料，通过分散体制备、催化凝胶坯体制备、煅烧—还原—致密化工艺，快速制备钨弥散强化铜基复合材料的方法。
本发明的技术原理为：通过催化凝胶法形成凝胶坯体，实现了铜离子和钨酸根离子级别的均匀混合，通过煅烧、还原获得的弥散强化铜粉末中钨颗粒分散均匀、粒度细小，采用粉末冶金工艺制备钨弥散强化铜基复合材料。
为实现本发明的技术方案，具体制备工艺包括以下步骤：
1)铜-钨前驱分散体制备:将可溶性铜盐与可溶性钨酸盐共同溶解于去离子水中。待完全溶解后将丙烯酰胺单体和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶解加入溶液中，全部溶解均匀后待用。
2)催化凝胶坯体制备：向铜-钨前驱分散体中加入占丙烯酰胺质量分数0.1-10％的过硫酸铵作为催化剂，完全溶解并搅拌均匀，静置一段时间后，得到铜-钨复合化合物凝胶坯体。
3)钨弥散强化铜粉末制备：将铜-钨复合化合物凝胶坯体在350-600℃温度下煅烧0.5-4h后破碎得到共氧化物粉末，在氢气气氛下600-900℃还原0.5-4h后，获得钨弥散强化铜粉末。
4)固结致密化：钨弥散强化铜粉末在100-500MPa压力下模压成型或80-300MPa压力下冷等静压成型后，在氢气气氛或真空条件下烧结致密化，烧结温度为950-1050℃，烧结时间为1-4h，获得钨弥散强化铜基复合材料。
进一步地，步骤1)所述可溶性铜盐为硫酸铜、硝酸铜、氯化铜中的一种或几种，可溶性钨酸盐为仲钨酸铵、偏钨酸铵、钨酸铵中的一种或几种。
进一步地，步骤1)所述的钨元素在弥散强化铜基体中所占质量分数为3-10％。
进一步地，步骤1)所述丙烯酰胺与N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量比为2-200:1，丙烯酰胺在溶液中的质量分数为10-50％。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明基于催化凝胶方法，与其他凝胶合成技术相比，大幅缩短了制备时间，简化了制备流程，提高了制备效率。
(2)钨具有优于氧化铝的导热、导电性能，因此本发明制备的钨弥散强化铜较传统氧化铝弥散强化铜，在保持优异力学性能的前提下，具有更优异的导热、导电性能，在核聚变堆偏滤器等高导热部件中具有重要应用前景。
具体实施方式
实施例1
原料为三水硝酸铜236g，钨酸铵3g溶解于1000ml去离子水中，加入丙烯酰胺500g，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺50g，完全溶解均匀后制得分散体。向分散体内加入催化剂过硫酸铵0.5g，静置得到铜-钨复合化合物凝胶坯体。破碎后在350℃下煅烧4h，随后在600℃下氢气还原4h得到钨弥散强化铜粉末。粉末在100MPa压力下模压成型后，在氢气气氛下950℃烧结4h，获得钨弥散强化铜复合材料。
本实施例中，所获得的钨弥散强化铜复合材料经过拉拔制得棒材，抗拉强度535MPa，热导率376.9W·m-1·k-1。
实施例2
原料为五水硫酸铜243g，偏钨酸铵5g溶解于1000ml去离子水中，加入丙烯酰胺300g，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺10g，完全溶解均匀后制得分散体。向分散体内加入催化剂过硫酸铵15g，静置得到铜-钨复合化合物凝胶坯体。破碎后在400℃下煅烧2h，随后在700℃下氢气还原2h得到钨弥散强化铜粉末。在500MPa压力下模压成型后，在氢气气氛下980℃烧结3h，获得钨弥散强化铜复合材料。
本实施例中，所获得的钨弥散强化铜复合材料经过拉拔制得棒材，抗拉强度568MPa,热导率370.3W·m-1·k-1。
实施例3
原料为二水氯化铜158g，仲钨酸铵7g溶解于1000ml去离子水中，加入丙烯酰胺200g，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺1g，完全溶解均匀后制得分散体。向分散体内加入催化剂过硫酸铵2g，静置得到铜-钨复合化合物凝胶坯体。破碎后在500℃下煅烧1h，随后在800℃下氢气还原1h得到钨弥散强化铜粉末。在80MPa压力下冷等静压成型后，在真空条件下1050℃烧结1h，获得钨弥散强化铜复合材料。
本实施例中，所获得的钨弥散强化铜复合材料经过拉拔制得棒材，抗拉强度594MPa,热导率361.9W·m-1·k-1。
实施例4
原料为三水硝酸铜2218g，钨酸铵10g溶解于1000ml去离子水中，加入丙烯酰胺100g，N,N’-亚甲基双丙烯酰胺10g，完全溶解均匀后制得分散体。向分散体内加入催化剂过硫酸铵10g，静置得到铜-钨复合化合物凝胶坯体。破碎后在600℃下煅烧0.5h，随后在900℃下氢气还原0.5h得到钨弥散强化铜粉末。在300MPa压力下冷等静压成型后，在氢气气氛下1000℃烧结2h，获得钨弥散强化铜复合材料。
本实施例中，所获得的钨弥散强化铜复合材料经过拉拔制得棒材，抗拉强度610MPa,热导率353.1W·m-1·k-1。
作为对比，根据当前报道，内氧化制备的Al质量分数为0.25wt.％的弥散强化铜，在冷加工后抗拉强度为430MPa时，热导率为364W·m-1·k-1；在抗拉强度为601MPa时，热导率为339W·m-1·k-1。本发明提供的制备工艺，在相同的抗拉强度下，热导率显著高于氧化铝弥散强化铜。

Claims (4)

1.一种催化凝胶制备钨弥散强化铜基复合材料的方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
1)铜-钨前驱分散体制备：将可溶性铜盐与可溶性钨酸盐共同溶解于去离子水中，待完全溶解后将丙烯酰胺单体和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺溶解加入溶液中，全部溶解均匀后待用；
2)催化凝胶坯体制备：向铜-钨前驱分散体中加入占丙烯酰胺质量分数0.1-10％的过硫酸铵作为催化剂，完全溶解并搅拌均匀，静置一段时间后，得到铜-钨复合化合物凝胶坯体；
3)钨弥散强化铜粉末制备：将铜-钨复合化合物凝胶坯体在350-600℃温度下煅烧0.5-4h后破碎得到共氧化物粉末，在氢气气氛下600-900℃还原0.5-4h后，获得钨弥散强化铜粉末；
4)固结致密化：钨弥散强化铜粉末在100-500MPa压力下模压成型或80-300MPa压力下冷等静压成型后，在氢气气氛或真空条件下烧结致密化，烧结温度为950-1050℃，烧结时间为1-4h，获得钨弥散强化铜基复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种钨弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)所述可溶性铜盐为硫酸铜、硝酸铜、氯化铜中的一种或几种，可溶性钨酸盐为仲钨酸铵、偏钨酸铵、钨酸铵中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种钨弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)所述的钨元素在弥散强化铜基体中所占质量分数为3-10％。
4.根据权利要求1所述的一种钨弥散强化铜基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)所述丙烯酰胺与N,N’-亚甲基双丙烯酰胺质量比为2-200:1，丙烯酰胺在溶液中的质量分数为10-50％。
CN201810058339.5A 2018-01-22 2018-01-22 一种催化凝胶制备钨弥散强化铜基复合材料的方法 Active CN108356287B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810058339.5A CN108356287B (zh) 2018-01-22 2018-01-22 一种催化凝胶制备钨弥散强化铜基复合材料的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810058339.5A CN108356287B (zh) 2018-01-22 2018-01-22 一种催化凝胶制备钨弥散强化铜基复合材料的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108356287A true CN108356287A (zh) 2018-08-03
CN108356287B CN108356287B (zh) 2019-10-18

Family

ID=63006625

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810058339.5A Active CN108356287B (zh) 2018-01-22 2018-01-22 一种催化凝胶制备钨弥散强化铜基复合材料的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108356287B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111168078A (zh) * 2020-03-06 2020-05-19 无锡市东杨新材料股份有限公司 一种铁包硅核壳复合粉末的制备方法
CN114293051A (zh) * 2021-12-23 2022-04-08 北京科大京都高新技术有限公司 一种抗高温软化高强高导铜基复合材料成型件的制备方法
CN115961168A (zh) * 2022-12-29 2023-04-14 中国科学院合肥物质科学研究院 一种高强高热导层级纳米结构铜钨合金及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101085466A (zh) * 2007-06-26 2007-12-12 合肥工业大学 一种超细钨铜复合粉体的制备方法
KR20140061014A (ko) * 2012-11-13 2014-05-21 국방과학연구소 액상 반응소결 공법을 이용하여 카바이드 입자를 균일 분산시킨 금속기지 복합체 및 그 제조 방법
CN103981381A (zh) * 2014-05-15 2014-08-13 厦门理工学院 一种溶胶法制备纳米氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法
CN104451222A (zh) * 2014-12-30 2015-03-25 中南大学 一种纳米W-Cu复合块体材料的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101085466A (zh) * 2007-06-26 2007-12-12 合肥工业大学 一种超细钨铜复合粉体的制备方法
KR20140061014A (ko) * 2012-11-13 2014-05-21 국방과학연구소 액상 반응소결 공법을 이용하여 카바이드 입자를 균일 분산시킨 금속기지 복합체 및 그 제조 방법
CN103981381A (zh) * 2014-05-15 2014-08-13 厦门理工学院 一种溶胶法制备纳米氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法
CN104451222A (zh) * 2014-12-30 2015-03-25 中南大学 一种纳米W-Cu复合块体材料的制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111168078A (zh) * 2020-03-06 2020-05-19 无锡市东杨新材料股份有限公司 一种铁包硅核壳复合粉末的制备方法
CN114293051A (zh) * 2021-12-23 2022-04-08 北京科大京都高新技术有限公司 一种抗高温软化高强高导铜基复合材料成型件的制备方法
CN114293051B (zh) * 2021-12-23 2022-07-26 北京科大京都高新技术有限公司 一种抗高温软化高强高导铜基复合材料成型件的制备方法
CN115961168A (zh) * 2022-12-29 2023-04-14 中国科学院合肥物质科学研究院 一种高强高热导层级纳米结构铜钨合金及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108356287B (zh) 2019-10-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104700961B (zh) 一种石墨烯/银复合材料及其制备方法
CN104630532B (zh) 一种碳化物和稀土氧化物复合强化细晶钨材料的制备方法
CN105518169B (zh) 一种稀土氧化物弥散强化细晶钨材料的制备方法
CN109825734B (zh) 协同增强铜基复合材料及其制备方法
CN100500896C (zh) 一种制备超细晶粒钨铜合金的方法及其钨铜合金
CN108356287B (zh) 一种催化凝胶制备钨弥散强化铜基复合材料的方法
CN108251685B (zh) 一种钨弥散强化铜基复合材料及其制备方法
CN106077695B (zh) 一种高铜钨铜纳米复合粉末的制备方法
CN108213456B (zh) 一种立方体纳米铜粉的制备方法
CN109280833B (zh) 一种钨铜复合材料的制备方法
CN109909504B (zh) 一种多孔泡沫增强金属复合材料及其制备方法
CN102031401B (zh) 一种纳米氧化铝增强铜基复合材料的制备方法
CN106216705A (zh) 一种3d打印用细颗粒单质球形金属粉末的制备方法
CN103981381A (zh) 一种溶胶法制备纳米氧化铝弥散强化铜基复合材料的方法
CN111996405B (zh) 一种金属注射成形制备高强高导铜合金的方法
CN113106281B (zh) 一种氧化钇掺杂钨基纳米复合粉体及其合金的制备方法
CN114293051B (zh) 一种抗高温软化高强高导铜基复合材料成型件的制备方法
CN113737040A (zh) 一种纳米氧化钇弥散强化钼合金及其制备方法
CN111041318A (zh) 一种钨铜合金及其制备方法
CN102161097A (zh) 一种新型细晶钨铜电极材料的制备方法
CN105695792B (zh) 一种石墨烯/银镍电触头材料的制备方法
CN106399742B (zh) 一种Cu-NbC纳米弥散强化铜合金及其制备方法
CN110014162B (zh) 一种制备球形钼基粉末的方法
CN105551861B (zh) 一种石墨烯增强银基电触头材料的制备方法
CN110014161B (zh) 一种制备球形钨基粉末的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant