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钨铜复合材料加工参数的影响,复合材料,加工,参数,影响
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钨铜复合材料加工参数的影响 作者：阿布 尼姆，沙姆沙伊赫，埃尔 关键词 ： 粉末冶金 ； 合 ； 液相烧结 摘要 近年来由于净形钨铜（ 合材料广泛的良好应用性能，其制造吸引了更多的关注。在本研究中， 合材料含 分别为 20 25和 30通过使用元素粉末的湿混合物粉末冶金技术生产。冷压时，压力从300 1200别压制，同时在真空下实现烧结，在 1400 下，烧结 1小时和 2 小时。通过使用扫描电镜研究粉末颗粒大小和形状，以及湿式混合 , 压实和烧结后的微观结构。 实验证明湿法混合后的粉末是均匀的，并且发现微细球形 W 颗粒被 片粒子半包覆。发现随着压实压力和 量的增加，相对烧结密度增加。烧结后，该复合材料显示均匀的结构。随着烧结时间增加，该材料的相对烧结密度增加。 合物在 1200压实和在 1400 下烧结 2 小时，显示出最高的相对烧结密度，硬度和压缩强度。此外，它表现出最低的电阻率和热膨胀系数。 1 引言 复合材料因其结合了不同材料的不同性质而出名。金属基复合材料（ 过去的二十年获得了极大的关注，其应用已日益成为流 行。 由于 高电导率和热导性，低的热膨胀系数，高硬度，高熔点（ 3410 ），低蒸气压，和 W 的高耐电弧消耗特性，这两种元素是生产具有合适热电性和耐电弧性复合材料的优良的候选者。 合材料具有较高的腐蚀和侵蚀电阻，有作为良导体的电流和热量， 并具有热膨胀系数（ 的特性。它们还表现出优良的机械性能和均匀的微观结构。 因此，它们在高性能材料方面极为需要，并被称为先进工程材料。 合材料已被广泛地用于热和电的应用，如耐电弧性电极，超高电压电接触材料，微波包，重型电气接点，在微电子器件，高密度 集成电路散热片，焊接电极放电加工（ 和高的抗烧蚀性能 器材中也有应用 。 W 和 熔点差别很大（ W， 3410 ； 1083 ）。因此， u 复合材料不能通过传统的金属铸造工艺来产生，当前主要是通过粉末冶金制造。几种制造方法被用于生成所述复合结构，包括液体相烧结（ 浸润，浸润和烧 结。此外，在过去十年中使用机械合金的方法提高原始粉末或涂覆复合颗粒的均匀性。 合材料部件一般都通过 W 骨架浸渗 方法制备。浸润分为两步，芯部熔融铜为毛孔烧结多孔结构。但是，渗透是一个耗时的过程，而且 ，它会导致不均匀的显微结构，以及高密度，这损害了试样行为和性能。另外，它不是净成形工艺导致生产成本高。 为了降低成本，以生产结构均匀、高密度的净形部件， 合材料一般采用细小的金属粉末为原料的液相烧结法。然而， 合材料即使采用液相烧结法也很难达到接近理论密度的密度，因为液相 W 有很高的润湿角以及二者微小的互溶性。 本文讨论了工艺参数如混粉，压制和烧结对 合材料性能的影响。 2 实验工作 原料粉末 W（ 10购于布法 罗钨公司和舍伍德医疗。 通过湿法棒磨制备含 分别为 20 25 30 混合 粉末。 湿法棒 磨 如图 1 所示。湿式棒磨机是通过使用不锈钢圆柱棒，棒料比为 10:1。容器与棒的体积比为 3:1。搅拌反应在 140 小时。此外，粉末混合有 石蜡 作为润滑剂，在压实过程中，以减少摩擦。 图 1 湿混法（棒磨机 ） 不同成分试样的冷压在室温下分别采用 300， 600， 900 和 1200 冷压压坯在真空炉中以真空条件，石墨加热元件（ 102 行烧结，烧结过程如图 2 所示。首先将样品以 3 / 热到 450 。在加热前将样品在120 下进行干燥，将气体从孔隙中排除。将样品在 450 保温 30后将温度升高至 850 保持 30促进固相烧结。 然后将样品分成 2 个组，开始液相烧结过程。在两种情况下，将温度再次升高到 1400 。在第一组中烧结 1 小时，而第二组被烧结 2 小时。最后，将炉熄火并将烧结试样在水冷系统下冷却 8小时以上。 图 2 热循环真空烧结工艺 计算每个样品的体积收缩率，直径 11 7的压坯， 冷压块和烧结试样的尺寸用灵敏度为 1m 的千分表测微计进行测定。将烧结的样品固定，依次用 220， 500 和 1200 号粒度的 纸打磨。然后，将样品用 3m 金刚石研磨膏研磨。抛光样品的微观结构采用光学显微镜观察，复合材料微观结采用扫描电子显微镜 （ 行观察。 烧结后的复合材料的相对密度采用阿基米德规则测定。电阻率按如下方法测定，在室温下，通过使用 L 8400 微欧姆表测定，热膨胀系数（ 系数使用 5100 76 膨胀仪进行测定，温度范围从 100 到900 ，加热速率为 10 /氏显微硬度测定使用 硬度测试仪在试样的横截面表面测量 5 次取平均值。最后，每个试样的抗压强度用 500行测定。 3 结果与讨论 粉 纯 W 和纯 末的 片如图 3 所示。 W 颗粒有良好的球形结构，尺寸范围约为 末具有优良的片状结构，粒度为 10 图 4混合后的粉末湿混后的 片。该图表明 W， 种粉末相对均匀分布。它也指出，细小的 W 颗粒（ 盖比较大的 （ 10 此外，能量色散分析 X 射线光谱仪（ 合物分析结果如图5示。结果确认包括了 W 和 光谱。 图 3 本实验所用粉末的 。（ a）纯 W 粉，（ b）纯 图 4 湿法混粉后的 a)u,(b)u, (c) W u. 图 5 合物的 析 (a)Wu,(b) u, (c) W 压坯和烧结密度 压制压力对冷压坯密度的影响如图 6 所示。冷压坯相对密度随冷压压力和量的增加而增加。这可能是因为颗粒的重排，降低孔隙，增加接触区域。末的鳞片形状在较高的压力下可能促进密度的增加 图 7 和图 8 表示的是 样在 1400 下烧结 1h 和 2h 后的烧结压力和烧结密度的函数关系。显而易见，随着冷压压力， 量和在 1200的最高致密化的烧结体的增加，相对密度增加。此外，很显然， 密度随烧结时间增加而增加，这是由于熔体的流动时间增加，增加了颗粒的接触时间，降低了颗粒间的孔隙。 图 6 合物压制压力对冷压坯密度的影响 图 7 样在 1400 下烧结 1h 后烧结压力和烧结密度的关系 图 8 样在 1400 下烧结 2h 后烧结压力和烧结密度的关系 结后收缩 率 分别测量 品烧结前后的体积，以确定收缩率。收缩是由体积减小来确定的。体积的百 分 比减少的计算方法如式 （ 1）： 式中 烧结前体积， 烧结后体积。 图 9 和图 10 分别表示在 1400 下烧结 1h 和 2h，压缩压力与收缩率的函数。很明显，烧 结后收缩很明显。 烧结时间从 1h 到 2h 大大提高了 合材料的收缩率。此外，它可以表明， 合材料的的体积收缩率随烧结时间， 压压力的增加而下降。 0 直径收缩百分比 图 9 样在 1400 下烧结 1h 后烧结压力和收缩率的关系 图 10 样在 1400 下烧结 2h 后烧结压力和收缩率的关系 构特点 合材料的 图 11 所示，图 11别表示了 同成分（ u）（ u）（ u）在烧结后的 据 质粉末在几个连续的阶段可能产生：不变形颗粒在接触区域变形，挤压颗粒在相互连接的空隙滑动。加压的初始过渡是从粒子的松散阵列，到更紧密的包装和颗粒的重排，随后的点接触随着压力的增加而变形，最终颗粒经历大面积的塑性 图 11 合物在 1200压实后的 片。（ a） u，（ b）u ，（ c） u. 图 12 合物在 1200压实后再 1400下烧结 2h 后的 片。（ a）u ，（ b ） u ，（ c ）u. 变形。 烧结后的 合材料的致密化很大程度上取决于烧结温度和烧结时间。随着烧结时间和烧结温度升高， 品烧结密度增加。 量分别为 2025 30 合材料在 1400 下烧结 1h 以及 然而，在 1400 下烧结 2h，相同的复合材料的相对密度增加至约 97%和 在烧结时间较长时，有足够的时间可用于液相烧结和固相 W 微粒均匀再分配到液 相 。图 12示了 微照片。 W 和 分布均匀，每个 W 粒子是由 网络封装。 度测量 合材料的维氏显微硬度值如图 13 所示。 复合材料的硬度随着 W 含量的增加而增大。此外，硬度随着烧结时间增加而增大。这些结果可以归因于铜和所烧结的复合材料的孔隙含量的影响。随着铜和孔隙含量的降低，硬度增加。低 量的复合材料的硬度增加可能是由于 W 相的更高的硬度值。 图 13 样在 1200压制， 1400 下烧结 1h 和 2h 后的显微维 式硬度 压强度 合材料的抗压强度如图 14 所示。它随 量的增加而增加。此外，抗压强度随烧结时间增加而增加。这些结果可以归因于复合材料中 孔隙含量的影响。 合材料的孔隙率随着 W 含量的增加而增加。因此，孔隙率被认为是应力集中的合适的一个点，可能在裂纹处形核和增长。 阻率 合材料电阻率的测量如图 15 所示。表明复合材料在 量较高和烧结时间较长时具有较低的电阻率。这可能是由于从烧结时间和铜含量的增加导致较低的孔隙率。 图 14 样在 1200压制， 1400 下烧结 1h 和 2h 后的抗压强度 图 15 样在 1200压制， 1400 下烧结 1h 和 2h 后的电阻率 膨胀系数（ 在不同温度下的 合材料的热膨胀系数如图 16 所示。表明 合材料一般表现出低 而，它随着 量和温度的增加而增加。 图 15 样在 1200压制， 1400 下烧结 1h 和 2h 后的热膨胀系数 4 结论 根据目前的研究结果得可以得出以下结论： 1，湿法混合粉末有利于 均匀的结构和细小球形 W 颗粒包覆的铜薄片涂层。 2，增加冷压压力 量可以增加相对生坯密度和 合材料的相对烧结密度。 3，烧结时间从 1h 增加到 2h 可以增加材料的相对烧结密度，硬度，抗压强度，但对电阻率产生不利的影响。 4，冷压压力为 1200结温度为 1400 ，烧结时间为 2h 时获得最高的相对密度。 5 (2012) 207212of of 35a as of to as 2,6to or Wof a is a it in a as as is a 7,1013u as +20 M. 263 2012 ), of 4101. of s) 1,2to a of 200 h it of 2012 710is a of 410 C) 1083 C). WCu 6. to of of M. , M. A. 1 0114 012u of to ,h,Win In WCu 0 ,Pa,by to to Cu be by of ne of WCu by of of of on 0,14In 30 x 550 20 3. of (a) (b) in . et (2012) 207212of on , m),060 m), as 0 , 25 , 0 Cu by 1. at of 0:1. of to of .5 as a to of at 300,600, 900 200 in a 102 2. 1. at a C/up 50 C. To in 20 C, 50 C 0 50 C 0 to to 00 200 300 400 500 600C)e C/) 30 x 10,000 1mb)400 C. h, h. h a 1 mm of of a m 20, 500, 200 iC by of by L 8400 of 5100 76 00 C at a 0 C/as of of by N 209A. et (2012) 207212 30 x 1,000 10ma)b)3. of of u 3. ne a a 0 0 4ac m) 060 m)Cu as 5ac. of of on is 6. be to 30 x 1,000 10 30 x 2,000 104. of (a) c) (b) (c). of of at 7 as a Cu h 400 C. It is 200 it is to of a)b)c)00 600 800 1000 1200 %8. Cu 400 C 00 600 800 1000 1200 %6. Cu . et (2012) 207of Cu to by of q. (1): ,9 0 C h h as a of It is h h Cu it be Cu Cu of Cu 11ac, Cu (Cu)of of in is a to a of 0708090100200 400 600 800 1000 1200 %7. Cu 400 C as 15of Cu As of Cu Cu u, 25 u, 0 u to h 400 h 400c to 97%, of in u is 12ac EM of u W u in is by of 13. Cu of In be to of of 6. in of be to of Cu is of In 00 600 800 1000 1200 %9. 400 C 30 x 1,500 10 30 x 1,500 10 30 x 1,500 10mc)b)11. of Cu (a) (b)(c) at 30 x 1,500 1000 600 800 1000 1200%10. 400 C et (2012) 207212b)be to of Cu is 30 x 1,500 10 30 x 1,500 1012. Cu (a) (b) (c)200 40
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