[发明专利]一种钼掺杂的超细钨铜合金的冷冻干燥制备方法

说明书

本发明提供了一种钼掺杂的超细钨铜合金的冷冻干燥制备方法，包括以下步骤：将可溶性的铜盐、钨酸铵盐、钼酸铵盐与表面活性剂一同加入去离子水中并超声处理，制备成溶液或者悬浊液；喷雾或直接倒入到液氮中进行预冻，收集预冻后的溶液或者悬浊液，放入冷冻干燥机中，进行去离子水的升华，得到前驱体粉末；将上述前驱体粉末进行两步煅烧，然后在还原性气氛中两步还原得到钨钼铜复合粉末；将得到的钨钼铜复合粉末进行预成型，烧结，得到超细的钨钼铜合金。本发明采用新颖的冷冻干燥法制备了超细的钨钼铜粉末，与传统的机械合金化等方法相比，冻干的超细钨钼铜粉末烧结活性高，因此相比文献烧结温度更低，保温时间更短，更节约能源。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，特别涉及一种钼掺杂的超细钨铜合金的冷冻干燥制备方法。

背景技术

钨铜合金具备钨与铜的共同优异性能，具有较强的机械物理性能、良好的耐电弧侵蚀性能、良好的导电导热性能和较强的微波吸收能力等，被广泛应用于电接触材料、热沉材料、电火花加工材料、耐电弧电极材料、重型电气接触材料、高密度集成电路中的散热器材料等领域。然而钨铜合金是由体心立方结构的钨颗粒与面心立方结构的铜结合而成的复合材料，被称为假合金，并且钨、铜两种元素不但相互不固溶，又不能生成金属间化合物，而且钨合金较大的晶粒尺寸也导致钨铜合金力学性能较差。这些都导致合金的结构和性能不能适应高技术应用的钨铜合金的要求，限制了其应用。

目前大多数学者在钨铜合金中添加Zn，Ag等合金元素，或者第二相颗粒来提高力学性能，然而Zn、Ag等合金元素会和铜形成固溶体，第二相颗粒也会分布在铜基体中。因为单质铜的导热性和导电性最佳，形成固溶体或者掺杂第二相都将牺牲钨铜合金的导热性和导电性。因此，在少牺牲甚至不牺牲钨铜合金导热性和导电性的前提下，从钨的角度细化W晶粒进而提高合金力学性能的研究显得尤为重要。本发明尝试了添加Mo元素来细化W晶粒，Mo同样与Cu为假合金，互不固溶，但W和Mo会形成固溶体。目前，关于钨钼铜合金的研究较少，也并未有人研究Mo的添加对钨铜合金的影响。文献汇总如下：一种以大电流电阻烧结制备钨钼铜复合材料的方法(CN107937748A)，钨晶粒尺寸大于1μm；一种以放电等离子烧结制备钨钼铜复合材料的方法(CN 107326241 B)，钨晶粒尺寸大于1μm；一种以微波烧结制备钨钼铜复合材料的方法(CN 109207762A)，钨晶粒尺寸大于1μm；一种钨钼铜复合材料的制备方法(CN 103194629 A)，钨晶粒尺寸大于5μm。上述专利都是通过钨钼铜商业粉末直接混合或者球磨，通过不同的烧结方案获得晶粒粗大的钨钼铜合金。其中W晶粒尺寸均在微米以上，其力学性能远远低于W纳米晶的力学性能，粗大的钨晶粒仍有巨大的优化空间。

另外，钨钼铜合金的制备工艺也值得探索，新发展的冷冻干燥法提供了具有超高烧结活性的超细钨钼铜粉末提供了思路。冷冻干燥的基本原理是通过对物料内水分的低温冻结，然后抽真空使冰晶直接转化为气态升华，从而使得物料脱水后形成固体颗粒。即利用冷冻干燥法，将冷冻后的溶液在高真空条件下将冰转变为蒸汽除去，直接析出纳米晶粒和纳米颗粒。该方法主要优点是由于在低温下进行，干燥后的物料保持原来的化学组分和物理性质，制得的粉末晶粒小数十倍且粒度分布极窄，并能有效避免其它元素的引入，也不需要再另行蒸发液体或者物理分离处理。冷冻干燥也曾用来制备碳化钨、纯钨、ODS钨的粉末，但是这些粉末制得的合金主要用作更关注力学性能的结构材料。相比这些粉末，钨钼铜的成分有很大的区别，而且烧结合金组织结构也有较大不同。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种钼掺杂的超细钨铜合金的冷冻干燥制备方法，采用新颖的冷冻干燥法制备了超细的钨钼铜粉末，与传统的机械合金化等方法相比，冻干的超细钨钼铜粉末烧结活性高，因此相比文献烧结温度更低，保温时间更短，更节约能源。

本发明采用的技术方案是：一种钼掺杂的超细钨铜合金的冷冻干燥制备方法，包括以下步骤：

S1：将可溶性的铜盐、钨酸铵盐、钼酸铵盐与表面活性剂一同加入去离子水中并超声处理，制备成溶液或者悬浊液；