成型压力对钨铜复合材料烧结致密度的影响

除了粉末粒度的影响因素外，成型压力的大小也是钨铜复合材料烧结致密度重要的影响因素之一。通过实验发现，随着成型压力的增加，烧结体的密度也随之提升。这一方面是由于压力增大，提高了材料在压制第三阶段中的致密化程度，即当压力继续增大超过某一定值后，若继续增大压力，使粉末所受到的挤压力与摩擦力大于其弹性应力，颗粒产生塑性变形以填塞粉末间隙，其密度也会随之进一步增加；另一方面，是由于纳米晶铜颗粒本身具有非常大的表面自由能，若进一步增大压制压力，使铜颗粒再次发生塑性变形，即铜颗粒表面自由能进一步增大，熔点进一步降低，使其在较低温度下就能够浸润钨颗粒，较快进入致密化过程。

此外，在钨铜材料的制备中不可避免地会遇到铜在烧结中的挥发问题。研究发现，当铜晶粒的粒度到达纳米级时，在450℃下就会产生一定的挥发，而在最佳保温温度1350℃下，铜相很容易通过溢出蒸发而损耗掉。由于钨铜材料是一种多功能材料，铜挥发后，不仅会因粘结相的消失而变得松散，降低材料的致密度和强度，更会使得材料的导电导热性以及线膨胀系数等物理性能显著下降。有实验分别采用300MPa和800MPa两种压力进行压制发现，随着成型压力的增加，材料致密度提高，液态铜的浸润性得到了明显的改善，同时铜在高温阶段流失的情况也得到了一定的控制。这是由于一方面成型压力的增大缩小了钨颗粒间距和提高了钨骨架强度，使得材料内部难以形成铜流失出材料外部的通道，减缓了材料内部铜颗粒挥发的速度；另一方面，大的成型压力增大了铜的表面接触面积，使原本具有加大表面自由能的铜颗粒在熔化过程中更容易与相邻铜颗粒接触并融合在一起形成大颗粒，从而降低了细颗粒在高温阶段的挥发几率，维持了铜含量的稳定。

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