钨铜粉末挤压致密化研究

为探索难熔金属和铜粉末混合坯致密化工艺,提出了钨铜粉末材料液相烧结和热静液挤压致密化新工艺,经过实验获得了近致密、组织细小、性能优异的复合材料。结果表明,混合粉末冷压坯的相对密度约为70%,经过液相烧结和热静液挤压,可以获得相对密度大于99.8%的钨铜材料。致密后材料导电率可达到41~ 48,硬度可达到HB173~ 176。

近年来,钨铜材料在大规模集成电路和大功率微波器件中作为基片、嵌块、连接件和散热元件得到了迅速的发展。例如,宙斯盾系统的ANSPY相控阵雷达,就采用钨铜作为雷达微波管的热沉。但是,作为微电子技术应用的钨铜材料,需要很高的质量和性能,如高密度、高结构均匀性和高的热、电性能,以及良好的可加工性,这是与常规使用的溶渗法制备的钨铜材料具有完全不同的高质量要求,因此,钨铜材料的制取工艺必须要有一个新的飞跃。由于钨铜互不相溶,钨铜材料只有通过粉末冶金的方法制备。一般采用熔渗法。它是将钨粉或掺入部分铜粉的混合粉压制成坯块,制备成具有一定密度、强度的多孔基体骨架,然后在坯块上放置所需的铜,当加热至铜熔化后,铜液填充孔隙,从而获得综合性能较为优良的钨铜材料。但是熔渗法致密度仍然不高,不能满足高性能应用的要求。

钨铜配件图片 钨铜配件图片

热静液挤压产生高的静水压力,有利于粉末的致密化。结合烧结法和热静液挤压法,钨铜粉末烧结及热静液挤压致密化工艺及性能研究。即将冷压坯料经液相烧结初步致密,再经过热静液挤压,使其达到近似完全致密。

冷压坯经真空液相烧结后,相对密度得到进一步的提高,随烧结温度的提高,相对密度也有很大的提高。对于相对密度为70%的WCu40粉末冷压坯, 1200烧结后,相对密度可接近99%。此时,由于烧结时产生的液相铜向外渗透,因此,坯料中心部位的成分有所变化,由WCu40变为WCu38,甚至是WCu32。

热静液挤压过程中,挤压温度越高,材料的流动性越好,有利于颗粒间的扩散和焊合,这对材料最终的强度、硬度和电导性能都有着积极的影响,但是如果温度过高,挤压力将减小,静水压力也减小,反而不利于孔隙的焊合。相对密度超过98%的烧结坯再经过挤压比为6. 25,挤压温度为900的包钢套热静液挤压变形,其相对密度可达99. 8%,接近完全致密。热静液挤压后致密的WCu38复合材料,其导电率约为41~ 48,硬度为HB173~176。

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