熱化學法製備鎢銅梯度材料

鎢銅合金是由互不相溶的鎢相和銅相組成的假合金，該合金具備鎢材料的高熔點、抗電蝕、低膨脹係數、耐磨性等優點，同時又具備銅的高導電性和導熱性、塑性好、易加工的優點，但在很多情況下，要求材料的一側耐受高溫、而另一側則要與導熱性好的銅或銅合金連接，由於鎢和銅的物理性能相差較大，單一成分的鎢銅合金很難緩解材料內部和介面上的熱應力，功能梯度材料則可以較好地解決這一問題。

鎢銅功能梯度材料的一側是高導電/高導熱的銅，另一側低膨脹、高熔點、高硬度的鎢，中間則為呈梯度變化的過渡層。這種非均勻的複合材料可以把材料各種不同的性能融於一體，具有熱應力緩釋功能，能充分發揮鎢、 銅各自的本征特性，有較好的力學性能、抗燒蝕性、抗熱震性等綜合性能， 非常適合作為超高壓電觸頭材料、大功率電子封裝熱沉、噴管喉襯、電子束 靶等高科技領域中的器件及用作核聚變裝置中面向等離子體的偏濾器材料。

鎢銅梯度材料的製備工藝主要有熔滲工藝、採用等離子噴塗和熱化學法等工藝。熔滲工藝和等離子工藝是比較普遍的方法，但製造鎢銅梯度材料較為麻煩，因此本文著重熱化學法。

使用粉末壓制法製備三層鎢銅梯度材料，其工序主要有：

（1）將偏鎢酸銨、硝酸銅、水按16:5:21，10:13:23和1:4:5的品質比例分別配成3種溶液，均勻攪拌30分鐘後形成透明的溶膠體系，將上述溶膠在140℃進行噴霧乾燥，得到3種不同鎢銅配比的鎢銅複合前軀體粉末。

（2）將三種鎢銅複合前軀體粉末在空氣中進行鍛燒，煆燒溫度為 600℃，煆燒時間為120分鐘，得到相應的三種氧化物複合粉末。

（3）將所得三種氧化物複合粉末在H₂中還原，還原溫度700℃，分別得到超細鎢銅複合粉末W10Cu（Cu含量為10%），W32Cu（Cu含量為32%）和W60Cu（Cu含量為60%）

（4）按照功能梯度材料設計的各層厚度，將相應品質的W10Cu，W32Cu 和W60Cu超細鎢銅複合粉末逐層裝入等靜壓模具中，在150MPa下壓制成生坯。

（5）將壓制好的生坯在H₂中進行燒結，燒結溫度為1380℃，燒結時間為2小時，得到的3層結構的鎢銅功能梯度材料，各層之間的過渡自然，沒有缺陷。

採用熱化學法的鎢銅梯度材料，一次燒結成形，工藝簡單，無需添加有機粘結劑或造孔劑，也不需要滲銅步驟， 適合批量生產大尺寸的鎢銅功能梯度材料部件。

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