钨铜电极烧结机理与致密度的关系(二)

通过单元系固相烧结的原理,可以建立出如下图所示的压坯模型(固相阶段粉体变化示意图):

钨铜合金电极

图中颗粒被包覆在内部且内部颜色较深的粒子为钨W颗粒而外部呈白色的部分为铜Cu相,颗粒之间为点接触。固相状态下,粉体的收缩量占总体积收缩量的1/3,通常来说,钨铜W-Cu粉体在固相状态下烧结时是基本不会发生收缩的,但是在铜粉的烧结的过程中,若温度上升到或者高于铜Cu的再结晶温度这样一来就会发生明显的固相烧结。此外,在钨铜W-Cu纳米复合粉体中烧结开始的时候钨颗粒基本还处于较为分散的状态,基本上是铜Cu相与铜Cu相之间相互接触的。因此,就有相关研究者提出铜Cu发生的固相烧结是在低于铜Cu液相温度情况下烧结致密化的主要机制,而被包覆在铜Cu内部钨颗粒将在一定程度上阻碍这一过程的完全进行。

如上图a-图c的变化所示,由于铜液的扩散和流动作用使得颗粒间的接触面积逐渐扩大,内部存在的气体被排出,压坯体被压实且变得致密。钨颗粒之间在铜液的流动传递的作用下相互靠近并逐渐发生接触,最终会在界面张力的作用下发生聚合长大。图中a粉体处于较为松散状态下的就是是压坯的初始状态,这时颗粒之间接触面积较小以点接触,包覆在Cu颗粒内部体积较小的钨颗粒被铜分割开来;图b中随着烧结温度的逐渐升高,颗粒表面原子的扩散和表面张力所产生的应力使其向接触点流动,接触面积也逐渐扩大,孔隙得到相应缩小,包覆在内部的钨颗粒在铜液的流动作用下相互靠近并且在界面能作用下发生聚集长大;图c,温度再升高,颗粒接触面进一步增加,孔隙继续缩小并趋近于球形,被包裹在内部的钨颗粒也发生进一步烧结,有些已经成为了一个新的较大颗粒,而这些大颗粒将阻碍铜的固相烧结的进一步进行。

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