[发明专利]W/WC复合晶粒增强钨铜复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种W/WC复合晶粒增强钨铜复合材料及其制备方法，该制备方法包括：将含有钨盐、铜盐以及有机碳源的前驱体溶液进行喷雾热解而制得含碳的钨铜氧化物粉体，将含碳的钨铜氧化物粉体球磨后置于氢气炉中还原碳化得到W/WC‑Cu复合粉体，以及将W/WC‑Cu复合粉体压制成生坯后烧结而得到W/WC复合晶粒增强钨铜复合材料。其中，W/WC‑Cu复合粉体中Cu的比例为5～50wt％，且W和C的原子摩尔比为30:1～320:1；W/WC具有W为核、WC为壳的核壳结构。本发明中，具有核壳结构的W/WC晶粒可有效改善W与Cu之间的粘结强度，提升细晶钨铜复合材料的致密度、耐磨性和高温强度等性能。

技术领域

本发明涉及钨铜复合材料领域；更具体地说，是涉及一种W/WC复合晶粒增强钨铜复合材料及其制备方法。

背景技术

钨铜复合材料作为一种典型的伪合金同时具备钨的高熔点和高硬度以及铜的优异导电性和导热性，广泛应用于航空航天、军事、电子、真空高压开关等领域。随着这些技术领域的快速发展，传统工艺制备的钨铜复合材料难以满足其性能要求。

微观结构的细化和添加元素或化合物进行掺杂改性是目前提高钨铜复合材料性能的主要研究方向。一方面，当颗粒尺寸减小到亚微米或纳米时材料的硬度和强度显著增加，韧性也大大提高；纳米级粉末可显著降低烧结活化能以促进可烧结性，并有效改善组分的均匀分布以获得均匀的结构。另一方面，通过添加少量难熔化、耐高温、高强度的掺杂材料，例如稀土金属及其氧化物(La、Ce、Y及其对应的氧化物)、硬质颗粒(B、WC、Al₂O₃、TiC等)，以提高材料的耐电弧烧蚀性能、高温强度及耐磨性等。

中国专利申请CN201510425112.6公开了一种铜合金材料用粉体组合物、复合材料层、电触头及其制备方法，其中采用高频感应加热熔焊的方式，先将Cu-W-WC-CeO₂混合料层置于Cu-Cr合金表面，通过高频感应加热熔焊处理后，再经固溶、时效处理得到W-Cu复合材料包覆Cu-Cr合金的整体触头材料。该方法在使用V形混料机制备Cu-W-WC-CeO₂混合粉体时，由于粉体之间的比重差异较大，在混合过程中容易出现粉体的偏聚，混合粉体均匀性难以控制，后续制备钨铜合金过程中会产生掺杂颗粒偏聚、长大等问题而影响的组分均匀性和使用性能。

中国专利申请CN201710294314.02公开了一种碳纳米管增强钨铜复合材料的制备方法，其中采用高能球磨将W粉、Cu粉以及CNTs混合均匀得到CNTs弥散分布的WCu混合粉末，随后经过压制、烧结得到CNTs及其原位自生WC混杂增强钨铜复合材料。但在CNTs与W颗粒原位反应过程中，CNTs相对于W颗粒的不均匀分布使得W颗粒表面碳化不均匀而导致脆性相W₂C的产生。同时，在高温液相烧结过程中，CNTs的结构被破坏，无法实现CNTs对Cu基体原有的强化效果，增加了制造成本。

微观结构的细化随之带来的是钨铜界面的增多，这使得由钨铜之间较差的润湿性所造成的界面结合问题被进一步放大。理想的界面应该提供良好的粘附性，为了进一步改进界面，发明人研究发现可以通过引入界面联结强化层改善钨和铜之间的结合强度，提高钨铜复合材料的力学性能。

发明内容

本发明的第一方面提出一种W/WC复合晶粒增强钨铜复合材料的制备方法，包括以下步骤：

⑴将水溶性的钨盐、铜盐以及有机碳源按预定比例加入水中，得到前驱体溶液；

⑵将所述前驱体溶液在喷雾热解炉中干燥热解，制得含碳的钨铜氧化物粉体；

⑶对所述含碳的钨铜氧化物粉体进行球磨；

⑷球磨后将含碳的钨铜氧化物粉体在氢气炉中还原碳化，得到W/WC-Cu复合粉体；其中，W/WC具有W为核、WC为壳的核壳结构；

⑸将所述W/WC-Cu复合粉体压制成生坯后烧结，得到W/WC复合晶粒增强钨铜复合材料。