纳米微晶合成钨铜合金

钨铜复合材料是由钨与铜所组成的既不互溶又不形成金属间化合物的两相单体均匀混合的组织，一般称为钨铜假合金。正是这种组合，W-Cu合金的高导热性可以满足大功率器件散热需要，尤为重要的是，其热膨胀系数（CTE）和导热导电性能可以通过调整材料的成分而加以设计，可以与微电子器件中不同半导体材料进行很好匹配连接，从而避免热应力所引起的热疲劳破坏。因此在大规模集成电路和大功率微波器件中，钨铜合金薄板作为电子封装基板、连接件、散热片和微电子壳体用材具有广阔的应用前景。

传统的W-Cu材料方法一股为高温液相绕结法和熔渗法。由于W与Cu两种元素的本质不相溶性，采用高温液相烧结所制备合金材料的密度只有94-95％左右，添加Ni、Co等活化剂采用活化液相烧结，可以使致密度达到98-99％，但对合金的导电性和导热性能有不利的影响。

熔渗法是先制备钨骨架，然后将Cu熔渗到钨骨架孔隙中，虽然该方法比高温液相烧结法所制备的材料的导电导热性要好，但对于铜含量低于7wt％的W-Cu材料熔渗法很难制备，而且该方法所制备的零部件形状简单，同时显微组织结构粗大且均匀性差，Cu容易渗出和分布不均匀，影响材料的导电导热性能和变形加工性能。

近年来，随着机械加工技术不断向高精度和高复杂度水平发展, 利用纳米复合技术制备超细/纳米W-Cu复合粉末可以在很大程度上缓解W和Cu的不相溶性，从而在烧结性能方面得到改善。有研究者认为，在制取过程中，使用纳米钨铜粉末，最终制取的微晶钨铜合金具有高致密、高均匀、高导热导电性特征，并能达到良好的抗电弧烧蚀性要求以及微电子器件用封装材料低的热膨胀系数的要求的钨铜材料及其制备方法。

上述的高钨含量的高致密细晶钨铜材料的制备方法如下：

按质量百分比计为：Cu含量为5-20％；余量为W；优选80％W、20％Cu或85％W、15％Cu或90％W、10％Cu或95％W、5％Cu。

(1)采用溶胶-喷雾干燥获得W-Cu前驱体粉末，前躯体粉末经400-800℃煅烧1-4h后；100-200rpm条件下球磨1-10h；获得成分均匀的W-Cu氧化物复合粉末，所述的氧化物复合粉末在600-900℃下还原1-4h；获得超细W-Cu复合粉末；

(2)将超细W-Cu复合粉末添加0-2.5wt％的低分子有机粘结剂后，采用模压、冷等静压技术压制成压坯；

(3)将压制好的压坯在700-1100℃预烧，再在1150-1350℃进行一步烧结，最后在1400℃-1530℃进行二步烧结，每步烧结的保温时间均为0.5-3h，获得高致密的细晶W-Cu材料。

所述的低分子粘结剂为：石蜡、丁钠橡胶、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-异戊二烯-苯乙烯中的一种或几种。

与熔渗法相比，纳米W-Cu材料的致密度在98.5％以上，组织均匀且细小，晶粒度在1μm以下，导热导电性能和抗电弧烧蚀性能明显提高。其突出优点是解决了当钨含量高(大于80wt％，尤其大于90wt％)时传统钨渗铜材料制备中遇到的高强度钨骨架熔渗铜过程中难以控制铜熔渗和材料均匀性差的大难题。并且烧结工艺简单，复合材料中钨的含量可控，可以制做复杂形状的部件及高性能电极材料、电触头材料以及电子封装材料；可以实现大规模化的工业生产。

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