納米微晶合成鎢銅合金

鎢銅複合材料是由鎢與銅所組成的既不互溶又不形成金屬間化合物的兩相單體均勻混合的組織，一般稱為鎢銅假合金。正是這種組合，W-Cu合金的高導熱性可以滿足大功率器件散熱需要，尤為重要的是，其熱膨脹係數（CTE）和導熱導電性能可以通過調整材料的成分而加以設計，可以與微電子器件中不同半導體材料進行很好匹配連接，從而避免熱應力所引起的熱疲勞破壞。因此在大型積體電路和大功率微波器件中，鎢銅合金薄板作為電子封裝基板、連接件、散熱片和微電子殼體用材具有廣闊的應用前景。

傳統的W-Cu材料方法一股為高溫液相繞結法和熔滲法。由於W與Cu兩種元素的本質不相溶性，採用高溫液相燒結所製備合金材料的密度只有94-95％左右，添加Ni、Co等活化劑採用活化液相燒結，可以使緻密度達到98-99％，但對合金的導電性和導熱性能有不利的影響。

熔滲法是先製備鎢骨架，然後將Cu熔滲到鎢骨架孔隙中，雖然該方法比高溫液相燒結法所製備的材料的導電導熱性要好，但對於銅含量低於7wt％的W-Cu材料熔滲法很難製備，而且該方法所製備的零部件形狀簡單，同時顯微組織結構粗大且均勻性差，Cu容易滲出和分佈不均勻，影響材料的導電導熱性能和變形加工性能。

近年來，隨著機械加工技術不斷向高精度和高複雜度水準發展, 利用納米複合技術製備超細/納米W-Cu複合粉末可以在很大程度上緩解W和Cu的不相溶性，從而在燒結性能方面得到改善。有研究者認為，在制取過程中，使用納米鎢銅粉末，最終制取的微晶鎢銅合金具有高緻密、高均勻、高導熱導電性特徵，並能達到良好的抗電弧燒蝕性要求以及微電子器件用封裝材料低的熱膨脹係數的要求的鎢銅材料及其製備方法。

上述的高鎢含量的高緻密細晶鎢銅材料的製備方法如下：

按品質百分比計為：Cu含量為5-20％；餘量為W；優選80％W、20％Cu或85％W、15％Cu或90％W、10％Cu或95％W、5％Cu。

(1)採用溶膠-噴霧乾燥獲得W-Cu前驅體粉末，前軀體粉末經400-800℃煆燒1-4h後；100-200rpm條件下球磨1-10h；獲得成分均勻的W-Cu氧化物複合粉末，所述的氧化物複合粉末在600-900℃下還原1-4h；獲得超細W-Cu複合粉末；

(2)將超細W-Cu複合粉末添加0-2.5wt％的低分子有機粘結劑後，採用模壓、冷等靜壓技術壓制成壓坯；

(3)將壓制好的壓坯在700-1100℃預燒，再在1150-1350℃進行一步燒結，最後在1400℃-1530℃進行二步燒結，每步燒結的保溫時間均為0.5-3h，獲得高緻密的細晶W-Cu材料。

所述的低分子粘結劑為：石蠟、丁鈉橡膠、聚乙二醇、硬脂酸、聚乙烯醇、聚乙酸乙烯脂、聚苯乙烯、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯、苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯中的一種或幾種。

與熔滲法相比，納米W-Cu材料的緻密度在98.5％以上，組織均勻且細小，晶粒度在1μm以下，導熱導電性能和抗電弧燒蝕性能明顯提高。其突出優點是解決了當鎢含量高(大於80wt％，尤其大於90wt％)時傳統鎢滲銅材料製備中遇到的高強度鎢骨架熔滲銅過程中難以控制銅熔滲和材料均勻性差的大難題。並且燒結工藝簡單，複合材料中鎢的含量可控，可以制做複雜形狀的部件及高性能電極材料、電觸頭材料以及電子封裝材料；可以實現大規模化的工業生產。

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