高铜含量钨铜复合材料的制备与研究

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高铜含量钨铜复合材料作为一种新型钨铜材料,其铜质量分数达到50%~90%,在大幅度提高钨铜材料电学性能与热学性能的同时,钨作为第二相对铜基体起到增强的作用,使材料具有良好的力学性能。该类材料可以代替部分含银触头从而降低触头材料制造成本;还可用作电火花加工的电极和电焊机的点焊头;当用作质点强化的铜合金时,在保持高导电率的情况下,高温退火后仍具有高硬度,解决了纯铜在较高温度时发生软化变形使应用受到限制等问题。   本文在传统钨铜材料制备方法的基础上,使用松装熔渗法,钨纤维骨架增强法,纳米钨铜包覆粉体烧结法三种不同的制备技术来制备高铜型钨铜复合材料。利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪等手段对所制样品的组织性能进行检测,得出如下结果:   1.采用离散元分析方法,对松装粉体建立数学模型,综合分析单个粉体颗粒受到重力,接触力与摩擦力,使用计算机模拟松装粉体堆积的全过程,得出了粉体颗粒粒度越小松装孔隙率越大的结论,并推导出粉体的松装孔隙率ε与粉体颗粒粒径dp两者之间的数学关系:ε=0.768+0.18exp(-dp/4.09)   2.采用松装熔渗法选用50nm,0.5μm,5μm三种粒度钨粉制备出铜质量分数达70%~90%的高铜型钨铜复合材料,其中5μm钨粉制备样品,硬度达到105HB,电导率达到70%IACS。   3.采用钨纤维骨架制备高铜型钨铜复合材料,样品显微组织中纤维分布均匀,方向清晰;随着钨骨架孔隙率的增加,硬度,密度呈现下降趋势,电导率上升,其中骨架孔隙率65.50%的W-Cu50样品在熔渗之后,钨骨架保持紧密良好,样品正面硬度与侧面硬度均为118HB,电导率为57.8% IACS。   4.采用热化学共还原法,即325~3750C与550~800℃两阶段氢气还原钨酸铜粉体,制备出包覆均匀且粒度小于100nm的纳米钨包覆铜复合粉体,包覆层厚度约10nm。   5.在950℃~1100℃低温烧结纳米钨铜复合粉体,所制的高铜型钨铜复合材料达到99.78%的相对密度,硬度为177HB,电导率为67%IACS。
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