钨铜电极 — 化学共沉淀法

钨铜合金是一种伪合金，其是由体心立方结构的W和面心立方结构的Cu所组成的互不固溶又不形成金属间化合物的混合组织。它不但具有W高硬度、高强度、低热膨胀系数以及优良的耐磨耐蚀性，还具有Cu优良的导电导热性和可塑性，使得钨铜合金在一些电接触材料以及电极材料领域有着较为广泛的运用。通常的生产工艺是混料→成型→熔渗、烧结→后加工。但是采用传统工艺所制备的钨铜合金电极，不管是液相烧结还是固相烧结都会由于润湿角不为零且W和液相Cu中不溶解，使得所得到的钨铜产品的相对密度都低于98%。后续的热加工和复压复烧虽然能够改善这一现状，但是也增加了成本，降低了整体的生产效率。另外，在烧结的过程中不可避免地还会发生钨晶粒的长大，这会使得各项性能下降难以满足如今钨铜电极材料的市场需求。

为了提高钨铜电极以及其他钨铜复合材料的烧结密度，相关研究人员还采用了添加烧结助剂的方法进行活化烧结。而活化剂的加入虽然能够显著改善钨铜合金的致密度，但是会对其导电导热性能产生一定的影响，不适合于对导电导热性要求较高的场合使用。因此，化学共沉淀法结合氢气还原制备钨铜纳米复合粉末，经压制成型以及烧结工序获得高致密高性能的钨铜合金电极成为了新的研究热点。化学共沉淀法的定义是在溶液状态下将不同化学成分的物质混合，在混合液中加人适当的沉淀剂制备前驱体沉淀物,再将沉淀物进行干燥或锻烧，从而制得相应的粉体颗粒。其优点在于，一个是可通过溶液中的各种化学反应直接得到化学成分均一的纳米粉体材料，另一个则是容易制备粒度小而且分布均匀的纳米粉体材料。有实验所采用的原材料为钨酸铵、五水硫酸铜以及浓硝酸。其具体操作过程为在浓硝酸搅拌条件下加入硝酸铜溶液中，再将混合溶液加到钨酸铵溶液中，在电磁搅拌器中进行化学共沉淀反应；反应1h后将溶液取出并将沉淀物置于马弗炉中进行焙烧2h，得到钨铜复合氧化物粉末；经氢气还原后得到钨铜复合粉末；再将钨铜复合粉压制成型，形成具有一定密度和强度的生坯，最后烧结呈超细晶粒的钨铜合金产品。检测时采用阿基米德排水法测定钨铜合金电极的密度；对复合粉末形貌用金相检测仪观测；相组成通过XRD（X-ray diffraction）确定；经研磨、抛光后利用SEM观察显微组织结构；用带热系数测量仪测定导热系数；用电桥法检测电导率。

钨铜纳米粉末的颗粒呈多边形，粒度在30nm-50nm之间。Cu呈网络状结构将近似多边形的W颗粒粘结在一起，并均匀分布。这是由于制备钨铜复合粉的原料是钨和铜的盐溶液，在溶液中粒子的分布本身就较为均匀，在电磁搅拌器强烈的搅拌作用下，会使得前驱体粉中基本保留了溶液中分子级的混合状态。并且在焙烧和氢气还原的过程中所采用的温度较低，有效抑制了W晶粒的长大。另外，粉体的初始结构是钨和铜的氧化物，之间相互隔离不利于氧化钨颗粒的长大，易于形成弥散均匀的钨铜复合粉末。从断口形貌上看，W晶粒均匀分布于Cu相之中，其周围形成较大的韧窝，Cu相会沿着W晶粒呈连续网络状分布。从纤维组织结构上看，随着烧结温度的提高，组织分布更为均匀，孔隙度也降低。从合金性能上看，钨铜复合压坯在烧结过程中两相分布均匀，通电时有效传导电子平均运行速度增大，导电性能也随之增强；完整的铜网络状结构，使得相对较粗的钨晶粒相互接触面积较小，不易发生粘结形成颈缩，有利于热传导。

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