[发明专利]一种W-Mo-Cu三元复合材料物理性能的预测方法

说明书

一种W‑Mo‑Cu三元复合材料物理性能的预测方法，其属于材料科学与工程应用领域。首先，根据W‑Mo‑Cu三元复合材料的各组元之间的关系和孔隙的特征，充分考虑W‑Mo‑Cu三元复合材料孔隙率对其物理性能的影响。将孔隙看作一个组元，通过多次拆分组合将W‑Mo‑Cu复合材料处理为二元致密复合材料，在二元致密复合材料物理性能模型的基础上建立W‑Mo‑Cu三元复合材料物理性能预测模型；然后，分别计算不同成分和孔隙率下的W‑Mo‑Cu三元复合材料的电导率、热导率和热膨胀系数；最后，将模型计算结果与实验测试结果进行对比，验证模型的准确性。本发明建立的W‑Mo‑Cu三元复合材料物理性能的预测模型具有较高的预测准确性，可缩短优化W‑Mo‑Cu三元复合材料成分和物理性能的时间，降低研制成本。

技术领域

本发明涉及的是一种W-Mo-Cu三元复合材料物理性能的预测方法，属于材料科学与工程应用领域。

背景技术

W-Cu和Mo-Cu复合材料是一种典型的假合金，具有高导电导热性、低膨胀性以及高硬度，已发展成为电子封装、热沉、电触头、火箭发动机喷嘴、导弹发动机的喷管、喉衬、燃气舵等领域的首选材料。但是，W-Cu复合材料密度大，在追求质轻的航空航天领域和微电子领域的应用受限；Mo-Cu复合材料耐高温性、抗高温烧蚀性不够，无法满足极端高温恶劣环境的应用需求。因此，我们开发了一种新型的W-Mo-Cu三元复合材料，这有利于实现W-Cu、Mo-Cu性能的优化整合，并且可以根据要求通过改变W、Mo和Cu的成分配比以灵活调整材料的性能，使其具有广阔的市场价值。值得注意的是：在W-Mo-Cu三元系中，W、Mo、Cu的熔点分别为3400℃、2600℃和1083℃，W、Mo的熔点与Cu的熔点相差特别大；W和Mo具有类似的物理性质且能形成无限固溶体，但是W、Mo与Cu之间不互溶。因此，不管是W-Cu、Mo-Cu复合材料还是W-Mo-Cu复合材料，都只能通过粉末冶金的方法制备得到，且复合材料的烧结性较差。这就使得W-Cu、Mo-Cu以及W-Mo-Cu复合材料难以完全致密，材料中或多或少存在孔隙。所以，W-Mo-Cu三元复合材料实际由W、Mo、Cu三个组元和孔隙组成，材料中的每个组元均影响着材料的物理性能。在研究过程中，物理性能的预测可为复合材料合理的成分设计和优化提供理论指导，然而目前还尚未有W-Mo-Cu三元新型复合材料的物理性能预测方法。采用传统试错法研究合金成分和材料中孔隙对复合材料物理性能的影响，存在实验周期长、研发成本高等缺点。因此，W-Mo-Cu三元复合材料物理性能模型的研究在工程应用中有着非常重大的现实意义。

广州有色金属研究院的蔡一湘教授根据German模型对W-Cu复合材料的热导率和热膨胀系数的进行了计算。李达人在蔡一湘教授的基础上，分别采用体积混合模型、German模型以及Gasik微观力学模型三种模型计算了W-Cu复合材料的热导率、热膨胀系数和电导率。 南昌航空大学邹爱华等人分别运用Maxwell模型和German模型计算了Mo-Cu复合材料的热导率。值得注意的是，这些应用于W-Cu和Mo-Cu复合材料的模型均是基于二元致密的复合材料提出的。在实际情况中，W-Cu、Mo-Cu以及W-Mo-Cu复合材料中孔隙的存在对材料的电导率、热导率、热膨胀系数等物理性能会产生较大的影响。上述适用于W-Cu、Mo-Cu二元致密的复合材料的物理性能模型不仅无法直接应用于W-Mo-Cu三元复合材料，而且没有考虑孔隙率对材料物理性能的影响。

本发明根据W-Mo-Cu三元复合材料的各组元之间的关系和孔隙的特征，充分考虑孔隙率对其物理性能的影响，把孔隙看作一个组元，通过多次拆分组合将W-Mo-Cu复合材料处理为二元致密复合材料。将二元致密复合材料物理性能模型拓展应用于三元非致密复合材料，建立W-Mo-Cu三元复合材料物理性能（电导率、热导率和热膨胀系数）的预测模型。同时，为了验证模型的准确性，将计算数据与实验数据进行比较。通过本发明建立的物理性能预测模型，可定量分析合金成分和孔隙率对材料物理性能的影响规律，从而对W-Mo-Cu三元复合材料的物理性能进行快速预测，可有效提高研发效率，缩短W-Mo-Cu三元复合材料成分优化设计的时间，降低研制成本。

发明内容