[发明专利]原位自生WC强化WCu双梯度结构复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种原位自生WC强化WCu双梯度结构复合材料的制备方法，按照以下步骤实施：步骤1，混粉：取W粉与石墨粉，加入酒精，混合，得到石墨/W复合粉末；步骤2，压制成型：将步骤1得到的石墨/W复合粉末，按W粉的松装密度从小到大在钢膜中进行层铺，压制，得到石墨/W生坯；步骤3，熔渗烧结：将步骤2得到的石墨/W生坯倒置于石墨坩埚中，在微机程控高温氢气气氛烧结炉中进行渗铜，得到WCu复合材料；步骤4，碳化处理：将步骤3得到的WCu复合材料，在微机程控高温氢气气氛烧结炉中进行进行烧结，发生碳化反应，得到WC增强WCu双梯度结构复合材料；提高了增强相与基体间的界面结合强度。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种原位自生WC强化WCu双梯度结构复合材料的制备方法。

背景技术

钨铜复合材料(WCu)是由W和Cu所组成的两相既不互溶，又不形成化合物的一类假合金，其兼备了钨的高硬度、高熔点、抗电蚀性、抗熔焊性及铜的高导热性、导电性、高塑性，因此被广泛应用于电子工业、航空航天、国防工业等领域中。

近年来，随着电力系统的不断发展，对高压、特高压开关的核心部件触头材料的性能提出更加苛刻的要求。高可靠性、大容量、高频次开合成为衡量触头材料的新指标，这要求传统均质的WCu复合材料表层具备更高的耐磨性、高温强度及耐电弧侵蚀性。已有研究表明，向WCu基体中添加WC等陶瓷颗粒可以显著提高复合材料的耐磨性、高温强度等性能，但通过直接添加陶瓷相进行弥散强化往往造成增强相WC与基体间较弱的结合界面，且会导致导电性能的降低。WC/WCu双梯度结构的提出解决了上述性能的提升与导电性相对降低的矛盾，但仍未改善增强相与基体界面结合强度，且W的成分变化呈非连续梯度，高温的服役环境往往造成相邻界面间的热应力集中，从而开裂，降低其使用寿命。因此，需在提高界面结合强度的同时，实现基体W、Cu成分呈连续梯度变化，以满足新的性能需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位自生WC强化WCu双梯度结构复合材料的制备方法，该方法提高了增强相与基体间的界面结合强度，并且WCu基体中W含量及原位生成相WC在特定方向上同时呈梯度结构分布。

本发明所采用的技术方案是，一种原位自生WC强化WCu双梯度结构复合材料的制备方法，具体按以下步骤实施：

步骤1，混粉：取不同粒度的W粉与石墨粉，加入酒精，混合均匀，得到石墨/W复合粉末；

步骤2，压制成型：将步骤1得到的石墨/W复合粉末，按W粉的松装密度从小到大在钢膜中进行层铺，压制，得到石墨/W生坯；

步骤3，熔渗烧结：将步骤2得到的石墨/W生坯倒置于石墨坩埚中，在微机程控高温氢气气氛烧结炉中进行渗铜，得到WCu复合材料；

步骤4，碳化处理：将步骤3得到的WCu复合材料，在微机程控高温氢气气氛烧结炉中进行进行烧结，发生碳化反应，得到WC增强WCu双梯度结构复合材料。

本发明的特点还在于，

步骤1中W粉的粒度为400nm～20μm，石墨粉的平均粒径为800nm。

步骤1中石墨粉占W粉的质量分数为0.1％～1.5％，且石墨粉的添加量与W粉松装密度呈正相关。

步骤1中酒精的添加量为：每100gW与石墨粉中加5ml酒精。

步骤1中混合的过程为：将W粉、石墨粉与酒精在V型混料机上以350r/min转速混料4h。

步骤2中铺叠的层数为3层。

步骤2中压制的条件为：压力为340MPa，保压时间30s。

步骤2中得到的石墨/W生坯的尺寸为

步骤3中渗铜的温度为1350℃，加热速率为15℃/min，烧结时间为1h。