[发明专利]一种三维连通网状结构的钼铜复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种三维连通网状结构的钼铜复合材 料及其制备方法。

背景技术

钼铜复合材料综合了钼的高强度、高熔点以及铜的优良的韧性、高热、电 导率，具有耐高温、抗烧蚀、高导热导电率和较低的热膨胀系数等特点。在工 业上广泛应用于电子封装、真空电子器件及导弹药罩，飞机喉衬等军工部件中。 特别是其密度比与之功能和性质相近的钨铜复合材料更小，更符合航空航天等 特殊领域的要求。随着高能电子器件的发展，对电子封装材料的热导率及电导 率的要求越来越高，这就需要钼铜复合材料中铜含量越来越高。然而对于一般 离散型结构的钼铜复合材料而言，铜含量的增加则导致热胀系数的增加及材料 强度的降低，这限制了材料在高能电子器件及导弹等军工领域的使用。随着对 钼铜复合材料的开发，近年又出现了钼/铜/钼层状结构的钼铜复合材料(如专利 CN1843691A，公开日2006.10.11)，及纤维结构钼铜复合材料(专利CN 103451579，公开日2013.12.18)。前者具有较好的热、电性能，而后者致密性 良好，但这两者均具有很强的各向异性。

目前钼铜复合材料主要采用混粉烧结法和普通熔渗法。普通熔渗法是将钼 粉压制烧结形成一定孔隙的钼骨架而后进行熔渗；混粉烧结法是将钼粉和铜粉 进行混合，再进行液相烧结。这两种方法都能获得致密性较好的钼铜复合材料， 但钼相和铜相分布均较分散，限制了钼铜两相各自性能的发挥。此外由于钼粉 直接压制成型所获的孔隙率有限，而混粉烧结中若铜含量较高则很难获得致密 性较佳的样品，因此这两种方法都难以制备较高铜含量的样品，这在一定程度 上限制了钼铜复合材料在大功率电子器件及其他对导热导电要求较高领域的应 用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种三维连通网状结构的钼铜复合材 料及其制备方法。该方法制备出的钼铜复合材料兼备层状复合材料及三维立体 材料的优点，两相各成系统又相互缠绕且相互连通。并且可以根据实际需要通 过调整技术参数获得所需性能的钼铜复合材料。本发明所提供材料的制备方法 简单，参数调节方便，可制备较高铜含量的钼铜复合材料，热力学性能良好。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：

一种三维连通网状结构的钼铜复合材料，钼相和铜相各成独立系统又相互 缠绕且相互连通，任一截面均为网状钼层包围铜区的结构。

上述的三维连通网状结构的钼铜复合材料的制备方法，先利用造孔剂将钼 粉制备成多孔钼生坯，然后与铜进行熔渗得到三维连通网状结构的钼铜复合材 料。

进一步地，所述的多孔钼生坯，其制备包括混料、压制和溶解。

进一步地，所述的造孔剂百分比与铜含量的关系满足： C_Cu＝C_zk+(1-C_zk)*10％，式中，C_Cu为钼铜复合材料中铜的百分含量，C_zk为多 孔钼生坯所需造孔剂百分比；所述钼粉质量与造孔剂百分比关系为： M_Mo＝R*S*(1-C_zk)*ρ_Mo，所述造孔剂质量与造孔剂百分比关系为： M_C＝S*R*C_zk*ρ_C，R为所选造孔剂的直径，S为所用模具横截面积，C_zk为所 需造孔剂百分比，ρ_Mo为钼粉密度，ρ_C为造孔剂密度；所述的造孔剂优选尿素。

进一步地，所述的混料为根据换算关系式计算并称取钼粉与造孔剂的质量， 然后将称取的钼粉与造孔剂依次装入模具，用模具杆轻压尿素，使其嵌入钼粉 中，重复上述混料过程4～8次。

进一步地，所述的压制为将混料完毕的模具在液压机上于200～500MPa压 制成坯。

进一步地，所述的溶解为将所得生坯放入50～80℃热水中浸泡2～5h以去除 生坯中的尿素。

进一步，所述的熔渗，条件为无压真空，温度为1200～1400℃，时间为2～5 小时。

进一步地，所述的熔渗前还包括干燥或烧结，所述的干燥，温度为200～300 ℃，时间为2～5小时；所述的烧结，温度为1400～1600℃，时间为2～4小时。

作为优选地，本发明的三维连通网状结构钼铜复合材料的的制备方法，包 括以下步骤：