CN109440024B - 钨纤维/铜基复合板的制备方法 - Google Patents

钨纤维/铜基复合板的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109440024B
CN109440024B CN201811571224.2A CN201811571224A CN109440024B CN 109440024 B CN109440024 B CN 109440024B CN 201811571224 A CN201811571224 A CN 201811571224A CN 109440024 B CN109440024 B CN 109440024B
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper
tungsten
based composite
composite plate
fiber
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.)
Active
Application number
CN201811571224.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109440024A (zh
Inventor
蒋燕
黄平
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.)
Panzhihua University
Original Assignee
Panzhihua University
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 Panzhihua University filed Critical Panzhihua University
Priority to CN201811571224.2A priority Critical patent/CN109440024B/zh
Publication of CN109440024A publication Critical patent/CN109440024A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109440024B publication Critical patent/CN109440024B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/38—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling sheets of limited length, e.g. folded sheets, superimposed sheets, pack rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B47/00—Auxiliary arrangements, devices or methods in connection with rolling of multi-layer sheets of metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B47/00—Auxiliary arrangements, devices or methods in connection with rolling of multi-layer sheets of metal
    • B21B47/02—Auxiliary arrangements, devices or methods in connection with rolling of multi-layer sheets of metal for folding sheets before rolling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B9/00—Measures for carrying out rolling operations under special conditions, e.g. in vacuum or inert atmosphere to prevent oxidation of work; Special measures for removing fumes from rolling mills
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/02—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the matrix material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C49/00—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C49/14—Alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments characterised by the fibres or filaments
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/02—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working in inert or controlled atmosphere or vacuum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B1/00—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations
    • B21B1/38—Metal-rolling methods or mills for making semi-finished products of solid or profiled cross-section; Sequence of operations in milling trains; Layout of rolling-mill plant, e.g. grouping of stands; Succession of passes or of sectional pass alternations for rolling sheets of limited length, e.g. folded sheets, superimposed sheets, pack rolling
    • B21B2001/386—Plates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C47/00—Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C2047/005—Working of filaments or rods into fibre reinforced metal by mechanical deformation

Abstract

本发明涉及钨纤维/铜基复合板的制备方法，属于铜基复合材料技术领域。本发明钨纤维/铜基复合板的制备方法，包括如下步骤：a、选材：选取铜片作为基片；b、制坯及轧制：取三块尺寸相同的基片，在惰性气氛中，将钨丝缠绕在其中一块基片表面，得到绕丝片，然后在绕丝片上下各叠加一块基片，得到胚体，将胚体送入轧机进行轧制，得到钨纤维/铜基复合板。本方法可以在铜基中快速引入纤维且获得的复合材料致密、界面结合良好。通过调节道次和每次的纤维含量可以获得不同纤维含量、不同性能的钨纤维/铜基复合材料。本方法所需设备简单，操作快捷，制备周期短，成本低，可实现室温制备，适用于工业化生产大块复合板材。

Description

钨纤维/铜基复合板的制备方法
技术领域
本发明涉及钨纤维/铜基复合板的制备方法，属于铜基复合材料技术领域。
背景技术
聚变堆面向等离子体部件直接面对等离子体，工程设计上必须实现可靠移出表面热负荷和中子热负载的功能。因此，热沉材料选择至关重要。聚变领域多年累积的设计和实践经验表明，对于极高热负荷的偏滤器区域，热沉材料需同时具有高热导率，高强度及较高的抗中子辐照性。Cu合金由于具有极高的热导率是首选的热沉材料，但其较低的熔点及高温强度限制了其作为热沉材料的发展，且已有铜合金(Cu-ods为主)的抗中子辐照性能距商用聚变堆的要求还有较大差距。研发新的Cu基复合材料是一种可能的解决方法。
国内外处于基础研究阶段且希望较大的热沉材料主要为Cu基复合材料，有W纤维、SiC纤维、碳纳米管等增强方式。这几类材料的研发仍处于起步阶段，距离工业化生产还有较大距离。国内在纤维增强相的原材料获得方面，高质量的碳化硅纤维国内研发尚未十分成熟，购买到的卷筒状易碎易断；碳化硅晶须具有较好的长径比，但购买到的是成团状，分散工艺还需摸索。碳纳米管也存在分散难的问题。而钨是熔点最高的金属，高质量钨纤维国内公司已有成熟的生产方法，其具有室温塑形、优良热导和高的抗拉强度，是铜复合材料中较为广泛的、理想的纤维增强相。
聚变堆热沉材料应用要求将Cu基复合材料制备成高质量的板材及管材，该形状主要通过先制成钨纤维/铜复合块体，再将块体加工成管材及板材。目前钨纤维/铜基致密复合块体的制备方法主要为粉末冶金法。梁淑华在专利CN105039876A中提出了采用纤维网格预埋熔渗铜制备钨纤维与颗粒混杂结构铜钨复合材料，包含了编织钨丝网格、制成生坯、热压、熔渗等复杂工序。王泽敏在专利CN108372658A中公开了一种高能束选区熔化成形技术用于纤维与低熔点金属组成的复合体系制备，在粉末床高能束成形过程之上增加了纤维和粉体的分层铺设-粉体熔化-纤维铺层反复工序。鉴于以上，粉末冶金技术用于钨纤维/铜基复合材料制备虽已应用成熟，但存在着工序复杂且难以实现工业化生产等不足之处。
发明内容
针对以上缺陷，本发明解决的技术问题是提供一种工艺简单的钨纤维/铜基复合板的制备方法。
本发明钨纤维/铜基复合板的制备方法，包括如下步骤：
a、选材：选取铜片作为基片；
b、制坯及轧制：取三块尺寸相同的基片，在惰性气氛中，将钨丝缠绕在其中一块基片表面，得到绕丝片，然后在绕丝片上下各叠加一块基片，得到胚体，将胚体送入轧机进行轧制，得到1道次的钨纤维/铜基复合板。
优选的，将钨纤维/铜基复合板作为基片再重复进行b步骤n-1次，得到n道次的钨纤维/铜基复合板；其中，n-1道次的钨纤维/铜基复合板作为n道次的钨纤维/铜基复合板的基片，n为大于或等于2的整数。
优选的，b步骤之前a步骤之后还进行基片的前处理，所述前处理为先将基片退火软化，再将表面进行清洗、打磨和干燥。
优选的，b步骤中，轧机下压量为坯体厚度的70％以上。
优选的，b步骤中，钨丝的缠绕量为钨纤维/铜基复合板重量的1～20％。
优选的，b步骤中，所述惰性气氛为氩气或氮气。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本方法可以在铜基中快速引入钨纤维且获得的复合材料致密、界面结合良好。本方法通过调节道次和每次的纤维含量及纤维直径可以获得不同纤维直径、含量、不同性能的钨纤维/铜基复合材料。本方法通过调节纤维的缠绕方式和轧制方向可以获得不同性能的钨纤维/铜基复合材料。本方法通过调节初始铜片尺寸、厚度和轧机下压量可以获得不同厚度、表面积的复合板材。本方法所需设备简单，操作快捷，制备周期短，成本低，可实现室温制备，适用于工业化生产大块复合板材。
附图说明
图1为本发明1道次的钨纤维/铜基复合板的制备流程示意图。
图2为5w％钨纤维含量、1道次的钨纤维/铜基复合板的层间表面与截面SEM形貌。
图3为20w％钨纤维含量、4道次的钨纤维/铜基复合板的截面金相形貌。
图4为20w％钨纤维含量、4道次的钨纤维/铜基复合板的室温拉伸曲线。
具体实施方式
本发明钨纤维/铜基复合板的制备方法，包括如下步骤：
a、选材：选取铜片作为基片；
b、制坯及轧制：取三块尺寸相同的基片，在惰性气氛中，将钨丝缠绕在其中一块基片表面，得到绕丝片，然后在绕丝片上下各叠加一块基片，得到胚体，将胚体送入轧机进行轧制，得到1道次的钨纤维/铜基复合板。
本方法可以在铜基中快速引入纤维且获得的复合材料致密、界面结合良好。且所需设备简单，操作快捷，制备周期短，成本低，可实现室温制备，适用于工业化生产大块复合板材。
本发明方法，通过调节道次和每次的纤维含量可以获得不同纤维含量、不同性能的钨纤维增强铜基复合材料。
优选的，将钨纤维/铜基复合板作为基片再重复进行b步骤n-1次，得到n道次的钨纤维/铜基复合板；其中，n-1道次的钨纤维/铜基复合板作为n道次的钨纤维/铜基复合板的基片，n为大于或等于2的整数。
比如，以1道次的钨纤维/铜基复合板作为基片，进行b步骤的制坯及轧制，可以得到2道次的钨纤维/铜基复合板；以2道次的钨纤维/铜基复合板作为基片，进行b步骤的制坯及轧制，可以得到3道次的钨纤维/铜基复合板；以3道次的钨纤维/铜基复合板作为基片，进行b步骤的制坯及轧制，可以得到4道次的钨纤维/铜基复合板……以此类推，以n-1道次的钨纤维/铜基复合板作为基片，进行b步骤的制坯及轧制，可以得到n道次的钨纤维/铜基复合板。
优选的，进行制坯之前先对基片进行前处理，所述前处理为先将基片退火软化，再将表面进行清洗、打磨和干燥。具体的，可以将基片置于惰性气氛中于600～800℃退火，然后取出浸泡在酸液中清洗掉表面氧化层。酸洗后，再依次用酒精清洗去掉表面腐蚀液，用钢丝刷对表面打磨使表面粗糙，然后超声清洗并干燥后备用。
本发明可通过调节初始铜片尺寸、厚度和轧机下压量获得不同厚度、表面积的复合板材，为了提高界面结合力，优选的，轧机下压量为坯体厚度的70％以上。
钨丝缠绕量将会影响产品的性能，优选的，b步骤中，钨丝的缠绕量为钨纤维/铜基复合板重量的1～20％。
为了避免氧化以及引入其他杂质元素，b步骤的绕丝需要在惰性气氛条件下进行，优选的，所述惰性气氛为氩气或氮气。为了方便操作，可在手套箱中进行绕丝。
下面结合实施例对本发明的具体实施方式做进一步的描述，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
叠轧1道次，纤维直径50μm，纤维含量5wt.％的钨纤维/铜基复合板材制备的具体步骤为：
步骤1：将铜板在氢气退火炉中800℃退火2小时，剪出三块尺寸为60*60*1mm3的铜片。将铜片浸泡在酸液中清洗掉表面氧化层。酸洗后的铜片再依次用酒精清洗去掉表面腐蚀液，用钢丝刷对表面打磨使表面粗糙，然后超声清洗并干燥后置于手套箱中待用。
步骤2：在手套箱中，将步骤1中处理好的其中一块铜片表面密绕直径50μm的钨丝，钨丝质量为三块铜片与所绕纤维总质量的5％。
步骤3：将绕丝铜片放在中间，上下各叠加一块铜片，组成“三明治”结构，送入轧机通道(其示意图详见图1)，获得纤维含量5％的钨纤维/铜基复合板材。轧机下压量约为“三明治”厚度的70％。
复合板材的部分截面和表面微观形貌详见图2。
实施例2
叠轧4道次，纤维直径50μm,纤维含量20wt.％的钨纤维/铜基复合板材制备的具体步骤为：
步骤1：将铜板在氢气退火炉中800℃退火2小时，剪出三块尺寸为60*60*1mm3的铜片。将铜片浸泡在酸液中清洗掉表面氧化层。酸洗后的铜片再依次用酒精清洗去掉表面腐蚀液，用钢丝刷对表面打磨使表面粗糙，然后超声清洗并干燥后，作为基片，置于手套箱中待用。
步骤2：在手套箱中，将步骤1中处理好的其中一块基片表面密绕直径50μm的钨丝，钨丝质量为三块铜片与所绕纤维总质量的5％。
步骤3：将绕丝片放在中间，上下叠加另两块基片后送入轧机通道，轧机下压量70％，获得纤维含量5％的钨纤维/铜基复合板材。
步骤4：将所得复合板材置于氢气退火炉中800℃退火2小时，然后剪成尺寸相同的三块，并用钢丝刷打磨表面，超声清洗并干燥后置于手套箱中待用。
步骤5：重复步骤2和3，获得纤维含量约10％的钨纤维/铜基复合板材。
步骤6：重复步骤4和5，获得纤维含量约15％的钨纤维/铜基复合板材。
步骤7：重复步骤6，获得纤维含量约20％的钨纤维/铜基复合板材。
复合板材的部分截面详见图3。
经拉伸测试(详见图4)，经四次叠轧后的复合板材抗拉强度可达320MPa，优于不添加钨丝同样方法叠轧得到的纯铜板(约300MPa)，因纯铜板无第二相钨纤维的钉阻作用易在退火时发生晶粒长大。虽然复合板材的应变较小，后续可通过摸索合适的复合板材去应力温度和时间来改善；此外，后续也可通过摸索合适的基片退火温度与时间、纤维直径和纤维缠绕排布方式优化复合板的综合力学性能。

Claims (5)

1.钨纤维/铜基复合板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a、选材：选取铜片作为基片；
b、制坯及轧制：取三块尺寸相同的基片，在惰性气氛中，将钨丝缠绕在其中一块基片表面，得到绕丝片，然后在绕丝片上下各叠加一块基片，得到胚体，将胚体送入轧机进行轧制，得到1道次的钨纤维/铜基复合板，其中，钨丝的缠绕量为钨纤维/铜基复合板重量的1～20％。
2.根据权利要求1所述的钨纤维/铜基复合板的制备方法，其特征在于：
将钨纤维/铜基复合板作为基片再重复进行b步骤n-1次，得到n道次的钨纤维/铜基复合板；
其中，n-1道次的钨纤维/铜基复合板作为n道次的钨纤维/铜基复合板的基片，n为大于或等于2的整数。
3.根据权利要求1所述的钨纤维/铜基复合板的制备方法，其特征在于：b步骤之前还进行基片的前处理，所述前处理为先将基片退火软化，再将表面进行清洗、打磨和干燥。
4.根据权利要求1所述的钨纤维/铜基复合板的制备方法，其特征在于：b步骤中，轧机下压量为坯体厚度的70％以上。
5.根据权利要求1所述的钨纤维/铜基复合板的制备方法，其特征在于：b步骤中，所述惰性气氛为氩气。
CN201811571224.2A 2018-12-21 2018-12-21 钨纤维/铜基复合板的制备方法 Active CN109440024B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811571224.2A CN109440024B (zh) 2018-12-21 2018-12-21 钨纤维/铜基复合板的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811571224.2A CN109440024B (zh) 2018-12-21 2018-12-21 钨纤维/铜基复合板的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109440024A CN109440024A (zh) 2019-03-08
CN109440024B true CN109440024B (zh) 2019-10-01

Family

ID=65534744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811571224.2A Active CN109440024B (zh) 2018-12-21 2018-12-21 钨纤维/铜基复合板的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109440024B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111408623B (zh) * 2020-03-16 2021-07-13 南京理工大学 一种制备多尺度析出的纳米异构镁合金板材的方法及系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5933657B2 (ja) * 1976-06-25 1984-08-17 株式会社日立製作所 Ｃｕ−Ｗせんい複合材料の製造方法
JPS5331993A (en) * 1976-09-06 1978-03-25 Hitachi Ltd Assembly of compound superconductor
CN102500615B (zh) * 2011-10-21 2014-08-13 厦门虹鹭钨钼工业有限公司 一种制造钨铜合金棒丝材的方法
CN105039876B (zh) * 2015-07-06 2017-05-03 西安理工大学 一种纤维与颗粒混杂结构铜钨复合材料的制备方法
CN107740006B (zh) * 2017-09-19 2020-01-03 上海工程技术大学 一种性能各向异性的Cu/W复合材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109440024A (zh) 2019-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chu et al. Graphene defect engineering for optimizing the interface and mechanical properties of graphene/copper composites
Kang et al. Microstructure and thermal properties of copper–diamond composites with tungsten carbide coating on diamond particles
CN103773985B (zh) 一种高效原位制备石墨烯增强铜基复合材料的方法
Pham et al. The effect of sintering temperature on the mechanical properties of a Cu/CNT nanocomposite prepared via a powder metallurgy method
CN108573763B (zh) 电线电缆导体、石墨烯包覆金属粉体和导体的制备方法
CN101191184B (zh) 一种塑性增强的大块金属玻璃材料及其制备方法
CN104313380B (zh) 一种分步烧结制备高致密度纳米晶硬质合金的方法
CN109897985B (zh) 三维连续石墨烯/铜复合材料及其制备方法
CN105256312A (zh) 一种石墨烯和碳纳米管复合多孔电极材料的制备方法
CN102703768A (zh) 一种铝-钨复合材料及其制备方法
CN109440024B (zh) 钨纤维/铜基复合板的制备方法
CN113523300A (zh) 一种激光3d打印钨铜合金异形构件的方法及其构件
CN111360272A (zh) 一种氧化物界面增韧非晶基复合材料及其制备方法
CN111349905B (zh) 增强型铜基复合线材的制备方法
Wang et al. Simultaneous achievement of high strength and high ductility in copper matrix composites with carbon nanotubes/Cu composite foams as reinforcing skeletons
CN106735247A (zh) 一种多层结构的多孔金属/纳米碳相复合材料的制备方法
CN109825815B (zh) 一种降低金刚石/铜导热复合材料界面热阻的制备方法
CN100404197C (zh) 铜/钼/铜电子封装复合材料的制备方法
CN109295333B (zh) 三维石墨烯-铜复合材料及复合电线电缆的制备方法
CN106566972A (zh) 具有梯度结构的板状wc晶粒硬质合金的制备方法
CN111763904B (zh) 一种高熵合金粉末、高电阻涂层及其制备方法和应用
CN110904356B (zh) 网络互穿型石墨烯-铜复合材料的制备方法
Chen et al. The atomic structure evolution and strengthening mechanism in three-dimensional network graphene enhanced Cu: A molecular dynamics simulation
CN1692983A (zh) 用于合成含硼金刚石单晶的铁－镍－硼－碳系催化剂及其制备方法
CN110695372A (zh) 一种稀土元素改善铜—石墨烯界面的制备方法

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