热化学法制备钨铜梯度材料

钨铜合金是由互不相溶的钨相和铜相组成的假合金，该合金具备钨材料的高熔点、抗电蚀、低膨胀系数、耐磨性等优点，同时又具备铜的高导电性和导热性、塑性好、易加工的优点，但在很多情况下，要求材料的一侧耐受高温、而另一侧则要与导热性好的铜或铜合金连接，由于钨和铜的物理性能相差较大，单一成分的钨铜合金很难缓解材料内部和界面上的热应力，功能梯度材料则可以较好地解决这一问题。

钨铜功能梯度材料的一侧是高导电/高导热的铜，另一侧低膨胀、高熔点、高硬度的钨，中间则为呈梯度变化的过渡层。这种非均匀的复合材料可以把材料各种不同的性能融于一体，具有热应力缓释功能，能充分发挥钨、 铜各自的本征特性，有较好的力学性能、抗烧蚀性、抗热震性等综合性能， 非常适合作为超高压电触头材料、大功率电子封装热沉、喷管喉衬、电子束 靶等高科技领域中的器件及用作核聚变装置中面向等离子体的偏滤器材料。

钨铜梯度材料的制备工艺主要有熔渗工艺、采用等离子喷涂和热化学法等工艺。熔渗工艺和等离子工艺是比较普遍的方法，但制造钨铜梯度材料较为麻烦，因此本文着重热化学法。

使用粉末压制法制备三层钨铜梯度材料，其工序主要有：

（1）将偏钨酸铵、硝酸铜、水按16:5:21，10:13:23和1:4:5的质量比例分别配成3种溶液，均匀搅拌30分钟后形成透明的溶胶体系，将上述溶胶在140℃进行喷雾干燥，得到3种不同钨铜配比的钨铜复合前躯体粉末。

（2）将三种钨铜复合前躯体粉末在空气中进行锻烧，煅烧温度为 600℃，煅烧时间为120分钟，得到相应的三种氧化物复合粉末。

（3）将所得三种氧化物复合粉末在H₂中还原，还原温度700℃，分别得到超细钨铜复合粉末W10Cu（Cu含量为10%），W32Cu（Cu含量为32%）和W60Cu（Cu含量为60%）

（4）按照功能梯度材料设计的各层厚度，将相应质量的W10Cu，W32Cu 和W60Cu超细钨铜复合粉末逐层装入等静压模具中，在150MPa下压制成生坯。

（5）将压制好的生坯在H₂中进行烧结，烧结温度为1380℃，烧结时间为2小时，得到的3层结构的钨铜功能梯度材料，各层之间的过渡自然，没有缺陷。

采用热化学法的钨铜梯度材料，一次烧结成形，工艺简单，无需添加有机粘结剂或造孔剂，也不需要渗铜步骤， 适合批量生产大尺寸的钨铜功能梯度材料部件。

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