[发明专利]一种场辅助活化烧结制备Mo-Cu合金的方法

说明书

本发明公开了一种场辅助活化烧结制备Mo‑Cu合金的方法，其属于难熔金属加工技术领域。该方法是先将钼粉和铜粉按照一定的成分配比进行湿磨、真空干燥以获得Mo‑Cu混合粉末，随之将Mo‑Cu混合粉末放入模具内压制成压坯，然后将压坯放入烧结设备中，以特定的烧结工艺在较低温度下快速烧结制备得到Mo‑Cu合金。本发明针对现有技术制备Mo‑Cu合金存在的问题，提供一种场辅助活化烧结制备Mo‑Cu合金的方法，可方便、有效地控制烧结过程，且可在较低温度下快速获得晶粒细小且致密的Mo‑Cu复合材料。本发明利用电场、热场和力场这三种物理场的综合作用进行活化烧结，使得压坯在较低温度下快速完成致密化过程，制备过程易于控制，且烧结过程无需添加活化元素，从而提高产品质量。

技术领域

本发明属于难熔金属加工技术领域，具体涉及一种场辅助活化烧结制备Mo-Cu合金的方法。

背景技术

Mo-Cu合金是由既不互相固溶又不形成金属间化合物的Mo和Cu元素组成的典型的假合金。Mo-Cu合金既具有Mo的高强度、高硬度和低膨胀系数特性，同时又具有Cu的高导电和导热等特性，它应用于各类高压电气开关的电触头、电极材料、电子封装、热沉积材料、军事装备、航空航天以及高温燃气部位零部件等领域。值得注意的是，Mo-Cu合金与功能和性质相似的W-Cu合金相比，其耐热性能虽不及W-Cu好，但Mo-Cu合金的重量轻且容易加工。因此，Mo-Cu合金在用作基片、连接件和热耗散元件等需要质轻的电子封装材料和热沉材料等方面更具有优势。

Mo和Cu的熔点相差很大，其中Mo 的熔点高达2622℃，Cu的熔点为1083℃。采用熔炼的方法制备 Mo-Cu 合金很困难，并且所制得的材料常存在晶粒粗大、微观组织分布不均匀等问题，难以充分发挥该材料的优点。目前，Mo-Cu合金一般采用粉末冶金法制备，常用的方法有高温液相烧结法、活化烧结法、熔渗法、放电等离子烧结法等。

辽宁工业大学的杨晨等人（杨晨，齐国超，范广宁，杨占鑫，张雅斌，烧结温度对钼铜合金组织和性能的影响. 中国钼业，2020，44（2）：52-57.）采用高温液相烧结法在1550~1650℃制备了Mo-Cu合金。但是高温液相烧结温度高且时间长，其制备过程中能耗大，成本较高；另外，高温液相烧结过程中材料晶粒容易长大，且液相铜易渗出导致材料中孔洞的出现，从而影响合金的微观组织结构和性能。

活化烧结通常是在Mo-Cu混合物中加入Ni、Co、Fe等微量的活化元素来提高烧结效果。西北有色金属研究院李增峰等人（李增峰，汤慧萍，刘海彦，张晗亮，谈萍，石英，黄愿平，活化元素 Ni 对 Mo-Cu 合金性能的影响. 粉末冶金材料科学与工程，2006，11（3）：185-189.）采用活化烧结法在1250℃温度下保温0.5～3h制备了活化元素Ni含量不同的 Mo-Cu合金。但是活化元素的引入可能会降低Mo-Cu合金的导电导热性，从而限制材料的应用范围。

金堆城钼业的赵虎等人（赵虎，杨秦莉，庄 飞，刘仁智，Mo-Cu 合金熔渗工艺影响因素研究. 中国钼业，2019，43（2）：52-55.）采用熔渗法在1200-1350℃温度下烧结60-120分钟制备了Mo-Cu合金。但是，由于熔渗法烧结温度较高， Mo的晶粒容易长大，影响材料组织结构和性能；另外，Cu在熔渗过程中不仅可能造成偏聚从而影响材料微观结构的均匀性，Cu还容易渗出骨架，从而需要额外机加工，增大了生产成本。

湖南科技大学的郭世柏等人（一种快速制备钼铜合金的方法，申请公布号CN101942591A）采用放电等离子烧结技术（SPS）制备了Mo-Cu合金。其烧结工艺为：将Mo-Cu混合粉末装在石墨模具中，然后将其放入放电等离子烧结装置中进行烧结获得Mo-Cu合金，烧结工艺为以100℃/min的速度升温至900℃-1300℃，烧结压力50MPa，在该温度下保温5min后随炉冷却得到Mo-Cu合金。但是，该技术一般是把Mo-Cu混合粉末装入石墨模具中放入放电等离子烧结装置中进行烧结，不仅模具消耗量较大，且由于该技术中电场同时作用于粉末和模具，即电场只是部分作用于压坯，不能很好地发挥电场对烧结致密化的促进作用。