[发明专利]一种高致密性钨铜功能梯度材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高致密性钨铜功能梯度材料的制备方法，属于材料工程领域。

背景技术

钨铜复合材料是由钨和铜所组成的两相均匀分布的既不固溶又不形成化合物的一类复合材料，兼有钨的高熔点、抗电蚀性、抗熔焊性及高温强度和铜的高导电性、高导热性、塑性及易加工性，而且铜在电弧高温下蒸发时可吸收大量电弧能量，降低电弧温度，改善使用条件和降低电蚀作用。由于钨—铜复合材料具有以上这些优点，因此，最早作为电触头和电极材料应用，并且越来越多的作为喷管喉衬、电子束靶等应用于航空航天、核工业及电子工业等高科技领域中。随着应用范围的扩大，同时也对钨铜材料的抗烧蚀性、抗热震性等性能提出了更高要求。尤其在某些特殊场合中，要求材料的一面要能承受很高的温度以及粒子的轰击，而另一面需要强制冷却。目前这类材料主要由W和Cu直接焊接复合而成。但是由于钨和铜的物理性能差距很大，在使用中常常由于热应力导致在钨一侧或W与Cu的结合面上出现裂纹，简单的钨-铜复合材料已不能满足应用，而梯度材料的概念被认为是解决这一问题的最佳方法之一。

钨铜梯度材料的制备多是基于烧结技术，其中一种是采用逐层铺设不同成分比的钨铜粉，在低于铜熔点的温度下加压烧结得到钨/铜梯度材料，此方法存在成分不连续梯度分布的问题，同时还存在致密化程度低、微观组织不均匀等问题。

因此，亟待寻找一种致密化程度高，微观组织均匀的钨铜功能梯度材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对传统的钨铜功能梯度材料致密化程度低，微观组织不均匀的问题，提供了一种高致密性钨铜功能梯度材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

（1）取桃胶球磨过筛得桃胶球磨粉末，按质量比1:10，将桃胶球磨粉末与去离子水混合，得分散凝胶液，按质量比1:5:5，将100目铜粉、200目钨粉和分散凝胶液混合，超声分散得分散液；

（2）将分散液置于喷雾干燥装置中，喷雾干燥得干燥粉末并置于模具中，冷压处理得冷压坯料，预烧后保温煅烧，静置冷却至室温，得烧结料并球磨过筛，得结合粉末；

（3）按重量份数计，分别称量45～50份200目钨粉、45～50份300目钨粉、45～50份500目钨粉、15～20份200目铜粉、15～20份300目铜粉、15～20份500目铜粉和40～45份结合粉末，将各粉末铺放至石墨热压模具中，待铺放完成后，将石墨热压模具置于热压烧结炉中，预烧后煅烧，冷却后即可制备得一种高致密性钨铜功能梯度材料。

步骤（2）所述的喷雾干燥进口温度为110～115℃，出口温度为55～65℃，进料速度为2mL/min，空气流量为350L/h。

步骤（2）所述的冷压处理为在压强为25～30MPa下压制25～30s。

步骤（2）所述的预烧温度为200～210℃。

步骤（2）所述的保温煅烧温度为1100～1200℃。

步骤（3）所述的各粉末铺放至石墨热压模具中具体操作步骤为：将200目钨粉铺放至石墨热压模具底部，再将结合粉末铺放至200目钨粉层表面，最后将200目铜粉铺设至结合粉末层表面，随后按铺设顺序，再分别将300目、500目钨粉和300目、500目铜粉和结合粉末依次铺放至模具中，控制每层结合粉末铺放厚度一致。

步骤（3）所述的煅烧条件为：在氮气气氛、压强为15～20MPa、温度为1100～1200℃条件下煅烧2～3h。

步骤（3）所述的冷却为按15℃/min冷却至室温。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明通过将钨粉经桃胶粘黏，负载在铜粉颗粒表面后，经高温烧结并保温煅烧，炭化桃胶并烧结去除桃胶炭基质，使钨粉有包覆至铜粉表面，形成致密包覆的集合体，通过此集合体改善功能梯度材料的致密性能；

（2）本发明通过各级粉料混合并进行预烧改性，使常温下稳定的粉料中金属离子在结点上热振动的振幅，使金属离子脱离结点发生位移，扩散进入并减少材料烧结应力，同时由于预烧结作用，改善金属离子所受到晶格的约束，提高热振动频率，从而有效改善材料微观组织结构，改善材料致密性能。

具体实施方式