[发明专利]一种连续钨纤维及碳化锆复合增强钨铜材料、制备方法及其应用

说明书

本发明涉及金属陶瓷复合材料技术领域，具体涉及一种连续钨纤维及碳化锆复合增强钨铜材料、制备方法及其应用；该复合材料包括如下重量组分的混合料：编织钨网1份；锆铜合金1～20份；钨粉0～10份；碳化钨粉1～10份，该复合材料的平均显微维氏硬度≥4.5GPa，抗弯强度≥520MPa，本发明采用低温反应熔渗法制备连续钨纤维及原位自生碳化锆颗粒复合增强钨铜材料，实现了高强韧钨基复合材料的低成本快速制备，钨纤维及碳化锆颗粒的复合强韧化使材料表现出假塑性断裂行为，该复合材料在航空航天领域、先进高温工具、太阳能热电及核能等领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及金属陶瓷复合材料技术领域，具体涉及一种连续钨纤维及碳化锆复合增强钨铜材料、制备方法及其应用。

背景技术

航天防热、先进制造、新能源技术的发展有赖于先进高温结构材料的应用。

研发集高比强度、优异热物理性能、低制造成本于一体的高温结构材料的需求越发迫切。碳化锆颗粒增强钨铜材料因具有比高温金属材料更高的强度和高温热导率、比高温结构陶瓷更好的抗热震性和经济性而广受关注。钨和碳化锆固有的脆性使碳化锆颗粒增强钨铜材料的综合性能严重受限。利用连续钨纤维对裂纹桥接、纤维-基体界面剥离和裂纹挠曲等高效增韧机制，制备钨纤维增强碳化锆颗粒增强钨铜材料，是获得高强韧钨铜基复合材料的有效途径。

采用传统方法(热压烧结、放电等离子烧结等)制备高性能钨纤维增强钨铜复合材料成本很高、加工难度大，并且高温烧结带来钨纤维损伤、再结晶导致纤维性能下降的弊端，极大地限制了钨纤维增强钨铜复合材料的应用。目前，采用低温反应熔渗法制备复合材料，相比传统烧结方法，具有快速、近净成形、低成本的优点。低温反应熔渗法是将合金加热到一定的温度(1100℃～1300℃)，无压条件下浸渗到多孔预制体中，该方法可以实现复杂形状工件的快速近成形制备，从而极大地降低难熔复合材料等高熔点、难加工材料的制备成本。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

本发明的目的在于解决采用传统方法制备高性能钨纤维增强钨铜复合材料成本很高、加工难度大的问题，提供了一种连续钨纤维及碳化锆复合增强钨铜材料。

为了实现上述目的，本发明公开了一种连续钨纤维及碳化锆复合增强钨铜材料，包括以下重量份数的组分：钨网1份，锆铜合金1～20份，钨粉0～10份，碳化钨粉1～10份。

所述钨网为单丝直径50至200μm，孔径50至200目的编织钨网。

所述锆铜合金为采用纯度99.4％海绵锆及纯度99.99％的电解精铜经感应熔炼或电弧熔炼获得的锆铜二元合金。

所述钨粉末纯度＞99％，粒度0.5～5μm。

所述碳化钨粉末纯度＞99％，粒度0.5～5μm。

本发明还公开了上述连续钨纤维及碳化锆复合增强钨铜材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将钨粉和碳化钨粉混合，然后将两种粉体与氮化硅以1：2质量比混合后放入聚乙烯球磨罐，在球磨机上混合24h；

S2：将钨网裁剪成钨网片，并用1mol/L稀盐酸泡12h，消去钨网上的杂质；

S3：将步骤S1中得到的混合粉末过200目标准筛；

S4：在石墨坩埚底部铺上过筛后的混合粉，然后铺上一层钨网，再加粉盖住钨网，反复以上操作若干次，最上层为混合粉；

S5：将铺好的预制体施压0至20MPa，保压1～3min；

S6：将锆铜合金放在压制后的多孔预制体上；