钨铜材料生产工艺

　　钨金属与铜金属的熔点相差很大，而且钨金属与铜金属的密度也相差很大，且钨铜不互溶，因此钨铜复合材料只能采用粉末冶金方法制备。从提高材料的致密度等性能出发，国内外学者对钨铜材料的制备工艺进行了大量研究，形成了多种烧结方法，下面将对其基本情况进行介绍。

　　1.高温液相烧结

　　高温液相烧结是将钨粉和铜粉按一定比例混合、压制、液相烧结而制得钨铜复合材料的工艺方法。传统作法通常在高于铜熔点300℃以上进行高温液相烧结使其致密化，特点是生产工序简单，但存在烧结温度高，烧结时间长、铜大量挥发、烧结性能较差、烧结密度较低(只为理论密度的90～95)等缺点，不能满足使用要求。因此，为了提高材料密度，在液相烧结之后需增加相关后处理工序如复压、热压、热煅等，然而却增加了工艺的复杂性，应用受到限制。A K Bhallal8 等人采用爆炸压实法制备的钨铜材料，具有较好高温液相烧结效果。另外，在高温液相烧结过程中发现，钨、铜粉末的粒度大小也影响钨铜复合材料的烧结致密度，粉末越细，获得的烧结致密度越高。

　　2.活化液相烧结

　　活化液相烧结是采用在钨铜材料中加入微量(0．1 ～0．5 )第三种金属元素的方法，促使不溶解于铜的钨相溶解于铜相中，而在液相烧结过程中形成含有这些金属元素的7相。与高温液相烧结法相比，该方法不仅降低了烧结温度，缩短了烧结时间，而且烧结致密度大大提高。J LJohnsonl1 等人研究了采用过渡族元素Pd、Ni、Co对钨铜材料烧结的活化效果。研究表明Ni的活化效果最好，可明显提高钨铜材料的致密度，Pd在W—Cu中的活化效果不明显，比其在纯钨粉中的活化效果要差，其原因为Pd与Cu形成无限固溶体，不能起到活化效果，而Ni与Cu只形成有限固溶体，在烧结过程中微量元素形成的第二相会在晶界中析出，并形成金属间化合物，促使钨的致密化。J L Johnson和R M German等人对W—lOCu系的研究还表明，当Ni含量为0．35时，于1300℃烧结1h后的材料性能很好。活化强化液相烧结可使钨铜材料获得较高的相对密度、硬度、抗弯强度等性能。但值得注意的是，活化剂的加入会影响高导电相铜的导电和导热性能，从而显著降低了材料的导热导电性能，这对要求高导电导热性的微电子材料来说是不利的。因此该方法所制备的材料只适用于导电、导热性能要求不高的场合。

　　3.熔渗法

　　熔渗法是将钨粉压制成坯块，在一定温度下预烧制备成具有一定密度和强度的多孔钨基体骨架，然后将熔点较低的金属铜熔化渗入到钨骨架中，从而得到较致密钨铜材料的方法。蓝东金属采用熔渗法生产钨铜合金，其机理主要是当金属液相润湿多孔基体时，金属液在毛细管力作用下沿颗粒间隙流动填充多孔钨骨架孔隙，从而获得较致密的材料。采用该方法可以改善钨铜材料的韧性。采用熔渗法所制备的高致密度钨铜复合材料，其导热和导电性能良好，但因钨骨架很难做到孔隙全部连通及大小一致，且熔渗后的产品也很难保证铜分布的均匀性，从而势必影响到材料性能。随着粉末增塑近净成形技术的发展和现代科学技术对零部件形状复杂程度要求的提高，钨骨架的制备已由单一的传统粉末冶金模压成形向挤压成形和注射成形方向发展。如美国的R M German等人采用注射成形技术制备钨骨架，获得了较好的效果，他们将预先制备的钨骨架经900℃预烧，在1500℃熔渗9O～120min，所获得的合金性能优良。由于该方法所制备钨铜复合材料的性能优良，因此应用最为广泛。然而，采用该方法也有很大的不足，具体表现在熔渗后需要进行机加工以去除多余的金属铜，增加了后序机加工费用，降低了成品率，而且也不利于在形状复杂零部件中采用。

　　4. 粉末的超细／纳米化及一步烧结近全致密法

　　超细／纳米粉末具有一系列优良的特点：如粉末的晶粒细小，比表面积大，粉末之间的接触界面大，表面活性大，烧结驱动力大，在不需要添加任何活化剂的情况下，烧结温度低、致密化快，而且致密度高，性能好。因此用超细粉末制备的钨铜复合材料具有非常高的致密度、高的导热导电性能、非常细小且均匀的显微组织结构，具有传统常规方法所制备钨铜复合材料无可比拟的优点。超细／纳米钨铜复合粉末的制备方法有多种，如机械合金化(MA)，溶胶一凝胶法(Sol—Ge1)，机械一热化学工艺合成法(Mechano—ThermochemicalProcess)等。