W-Cu梯度复合材料的流延成型与活化烧结

摘要

W-Cu复合材料及其梯度复合材料结合了钨和铜的优势，具有极好的导电、导热性能和高硬度、高强度、耐磨、热稳定性好等优点，在国防军工、电子工业、航空航天等方面具有广泛的应用。目前，关于W-Cu梯度复合材料的研究已有不少文献报道，但依然存在成型工艺复杂、烧结难度大、设计组分难以控制等难题，难以制备出性能优异、结构满足设计要求的W-Cu梯度复合材料。 本文以W-Cu体系复合材料及其梯度复合材料为研究对象，研究W-Cu流延料浆的流变性能及W-Cu流延素片的制备，采用热压烧结制备结构致密、高性能的W-Cu复合材料及其梯度复合材料，并表征W-Cu复合材料的结构、性能，研究烧结助剂Co对W-Cu复合材料结构、性能的影响。 当粘结剂含量为4wt.%、固相含量为60wt.%时，W-Cu流延料浆粘度适中、时间稳定性好；采用该料浆配方，通过流延成型得到了结构完整、组分分布均匀的W-Cu流延素片；确定了最高温度为800℃的排胶工艺，并得到了W、Cu分布均匀的复合排胶粉体。 采用W-Cu排胶粉体为原料，在900℃-200MPa-2h的热压烧结条件下，制备了结构致密、组分分布均匀的W-Cu复合材料。随着Cu含量的增加，W-Cu复合材料硬度及抗弯强度逐渐下降、热膨胀系数及电导率逐渐增加。同直接混料烧结相比，流延法制备的W-Cu复合材料的硬度增加、电导率降低，抗弯强度及热膨胀系数变化不大。这是因为流延法制备W-Cu复合材料的过程中出现了硬质相WC、W2C，提高了其力学性能；同时，杂质相的引入导致其电导率低于采用传统方法制备的W-Cu复合材料的电导率。 在制备W-Cu流延料浆时加入0.5wt.%Co，然后流延、排胶并在900℃-200MPa-2h烧结条件下制备了结构致密的Co/W-Cu复合材料。其致密化机理为：烧结助剂Co与W生成金属间化合物Co6W7，增强了W沿中间层化合物晶界的扩散速度并改善了W-Cu复合材料的界面结合强度，加速了W-Cu复合材料的固相烧结，提高了W-Cu材料的致密度。同W-Cu复合材料相比，Co/W-Cu复合材料的硬度较高，热膨胀系数及电导率较低，而抗弯强度基本不变。这是因为烧结助剂Co的加入促进了W-Cu复合材料的烧结，改善了界面结合强度，从而提高了Co/W-Cu复合材料的力学性能，改善了Co/W-Cu复合材料的热膨胀性能；但是Co的引入破坏了Cu的导电网络结构，使其电导率降低。 最后，根据所设计的W-Cu梯度复合材料组分分布，采用第三章确定的制备工艺，经流延、排胶和烧结过程制备了Cu含量为40wt.%~100wt.%的七层Co/W-Cu梯度复合材料，并对其结构、形貌等进行了表征。研究发现，制备的七层W-Cu梯度复合材料整体致密，各层之间平行性好，内部无明显缺陷；样品中W、Cu组分含量沿厚度方向呈现梯度变化的趋势，且各组分分布均匀，无明显团聚现象发生。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 W-Cu复合材料的应用

1.3 W-Cu复合材料的制备

1.4 流延成型研究现状

1.5 本论文工作的意义及主要内容

第2章 实验与测试方法

2.1 实验原料及设备

2.2 实验工艺

2.3 测试方法

第3章 W-Cu复合材料的流延成型及致密化

3.1 引言

3.2 流延料浆粘度测试

3.3 W-Cu流延素片的结构表征

3.4 W-Cu排胶粉体的制备及其结构表征

3.5 W-Cu复合材料的致密化

3.6 W-Cu复合材料的结构分析

3.7 W-Cu复合材料的性能

3.8 本章小结

第4章 Co/W-Cu复合材料的结构和性能分析

4.1 引言

4.2 Co/W-Cu复合材料的致密化

4.3 Co/W-Cu复合材料的结构分析

4.4 Co/W-Cu复合材料的性能

4.5 本章小结

第5章 W-Cu梯度复合材料的流延法制备及结构

5.1 引言

5.2 W-Cu梯度复合材料的设计

5.3 物相分析

5.4 结构分析

5.5 超声无损检测

5.6 本章小结

第6章 全文总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及申请专利情况