热压制备W/Cu功能梯度材料的性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gsdx2009
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W/Cu功能梯度材料将W、Cu不同优良性能融于一体,减小了W、Cu之间因热膨胀系数相差较大产生的热应力,也解决了因熔点相差较大而存在的连接问题,使W、Cu充分发挥各自的本征物理特性,结合二者优点,弥补各自缺点,从而使材料的综合性能得以提高。正因为W/Cu功能梯度材料的众多优点,使得其在不同领域得到广泛应用。本文采用简化W粉预处理工艺,改善了W、Cu界面润湿性;采用化学镀工艺,在W颗粒表面镀上一层均匀、完整、致密Cu,提高了W、Cu界面结合强度,使W粉分布更加均匀。利用场发射扫描电镜,X射线衍射仪研究了W粉装载量、还原剂浓度、镀液温度对W粉末颗粒表面Cu镀层的影响。发现镀铜最佳工艺为:W粉装载量为10g/L,还原剂甲醛HCHO浓度为20ml/L,镀液温度为60℃。采用化学镀铜法制备的W/Cu复合粉末在1050℃、1065℃、1080℃、1095℃烧结温度下热压制备的W-20Cu/W-40Cu/W-60Cu的三层W/Cu功能梯度材料。借助XRD、SEM、EDX等分析手段研究了不同烧结工艺对材料组织性能的影响,结果表明在1065℃下制备的样品具有较好的综合性能,并形成了完整均匀理想的Cu网格结构,原始梯度结构保存完好,其致密度可达96.1%,热导率在测试温度为室温下达到204 W?m-1 K-1,测试温度为800℃时为150 W?m-1 K-1,电导率高达71.34%IACS。1065℃热压烧结的试样升温到800℃淬火急冷,扫描电子显微镜下未发现开裂现象,反映了优异的抗热震性。针对W/Cu功能梯度材料在未来广泛用于面向等离子体材料,本实验参照三层W/Cu功能梯度材料的最佳制备工艺,还设计制备了五层W/Cu功能梯度材料试样,富钨层面增添纯钨层,各层成分配比为W/W-20Cu/W-40Cu/W-60Cu/W-80Cu,研究了其各类物理性能。结果表明由于纯W层发现孔隙缺陷,界面结合强度低。其致密度较低为93.6%,热导率室温下仅为125 W?m-1 K-1,测试温度为800℃时为87W?m-1 K-1,电导率为45.27%IACS,呈现较低水平。五层W/Cu功能梯度材料试样抗热震性较差。
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