成型壓力對鎢銅複合材料燒結緻密度的影響

除了粉末粒度的影響因素外，成型壓力的大小也是鎢銅複合材料燒結緻密度重要的影響因素之一。通過實驗發現，隨著成型壓力的增加，燒結體的密度也隨之提升。這一方面是由於壓力增大，提高了材料在壓制第三階段中的緻密化程度，即當壓力繼續增大超過某一定值後，若繼續增大壓力，使粉末所受到的擠壓力與摩擦力大於其彈性應力，顆粒產生塑性變形以填塞粉末間隙，其密度也會隨之進一步增加；另一方面，是由於納米晶銅顆粒本身具有非常大的表面自由能，若進一步增大壓制壓力，使銅顆粒再次發生塑性變形，即銅顆粒表面自由能進一步增大，熔點進一步降低，使其在較低溫度下就能夠浸潤鎢顆粒，較快進入緻密化過程。

此外，在鎢銅材料的製備中不可避免地會遇到銅在燒結中的揮發問題。研究發現，當銅晶粒的粒度到達納米級時，在450℃下就會產生一定的揮發，而在最佳保溫溫度1350℃下，銅相很容易通過溢出蒸發而損耗掉。由於鎢銅材料是一種多功能材料，銅揮發後，不僅會因粘結相的消失而變得鬆散，降低材料的緻密度和強度，更會使得材料的導電導熱性以及線膨脹係數等物理性能顯著下降。有實驗分別採用300MPa和800MPa兩種壓力進行壓制發現，隨著成型壓力的增加，材料緻密度提高，液態銅的浸潤性得到了明顯的改善，同時銅在高溫階段流失的情況也得到了一定的控制。這是由於一方面成型壓力的增大縮小了鎢顆粒間距和提高了鎢骨架強度，使得材料內部難以形成銅流失出材料外部的通道，減緩了材料內部銅顆粒揮發的速度；另一方面，大的成型壓力增大了銅的表面接觸面積，使原本具有加大表面自由能的銅顆粒在熔化過程中更容易與相鄰銅顆粒接觸並融合在一起形成大顆粒，從而降低了細顆粒在高溫階段的揮發幾率，維持了銅含量的穩定。