《W-Cu复合材料的设计、制备与性能》汪峰涛，吴玉程著|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《W-Cu复合材料的设计、制备与性能》

【作　者】汪峰涛，吴玉程著

【页 数】 135

【出版社】 合肥：合肥工业大学出版社 , 2010.07

【ISBN号】978-7-5650-0244-1

【价 格】20.00

【分 类】钨基合金-复合材料-材料制备-性能分析-设计

【参考文献】 汪峰涛，吴玉程著. W-Cu复合材料的设计、制备与性能. 合肥：合肥工业大学出版社, 2010.07.

图书封面：

图书目录：

《W-Cu复合材料的设计、制备与性能》内容提要：

本书以机械合金化技术为基础，结合常压烧结或热压的方法制备高性能细晶W-Cu复合材料、W-Cu／AlN复合材料和W-Cu梯度功能复合材料，并对其工艺、优化设计及性能等方面进行探索和研究，为高性能W-Cu复合材料的实际生产和应用领域的拓展提供依据和数据支持。

《W-Cu复合材料的设计、制备与性能》内容试读

第1章概论

第1章概论

W一Cu复合材料是由高熔点、低热膨胀系数的钨和高电导率、热导率的铜组成的复合材料，它综合了两者的优点，具有高密度、高强度、高硬度和良好的延展性、好的导电性和导热性、低热膨胀系数等特点。20世纪30年代，伦敦镭协会的Melennan和Smithels最早进行了W基高密度合金的研制，由于它具有优异的综合性能，在国防工业、航空航天、电子信息和机械加工等领域得到了广泛的应用，在国民经济中占有重要的地位，因此，钨基合金

一直受到世界各国的高度重视，已成为材料科学界较为活跃的研究领域之

一。近年来，现代电子信息业和国防工业高尖端领域的快速发展使钨合金及其复合材料在该领域的应用日益扩大。其中，W-Cu复合材料性能好，成本低，被认为是极具发展潜力和应用前景的新型功能材料。例如，由于

W-Cu复合材料具有高导热和低热膨胀系数等特点，使其在大功率器件中被视为一种很好的热沉材料。但随着现代科学技术的发展，微波半导体功率器件不断小型化、高度集成、高功率的发展，而导致的高发热率要求有更高的导热、低膨胀和良好的散热性能。为提高钨铜合金的强度和气密性，要求其具有接近完全致密的密度（相对密度大于98%）；为获得特定的物理性能要求，严格控制该材料的成分和微结构形态；对复杂形状部件的净成型，特别是粉末注射成型技术的应用，则要求严格控制尺寸及变形等，这些都对

W-Cu复合材料的性能提出了更高的要求。为了适应这些特殊应用的要求，W-Cu复合材料生产工艺的改进和制取新技术的发展被不断推进。因此，近年来国内外对W-Cu复合材料，无论从材料本身、材料的制取工艺以及新应用等方面都进行了大量的研究工作，以使其适应各种新技术的要求。从目前的主要研究方向来看，细晶（纳米）结构材料和梯度结构功能材料是钨铜复合材料研究的主要特点；从制备工艺来说，W-Cu超细粉体的制备技

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W-Cu复合材料的设计、制备与性能

术，如机械合金化、喷雾-干燥法、溶胶-凝胶法、均相沉淀法、机械热化学法、氧化物共还原法等都为材料工作者广泛研究。

本书系统介绍了机械合金化法结合常压或热压的方法制备W-Cu复合材料、W-Cu/AIN复合材料和W-Cu梯度功能材料的工艺及性能，分析了机械合金化制备的W-Cu纳米晶复合粉体的结构特点，并涉及计算机优化设计新型W-Cu/AIN复合材料和W~Cu梯度功能材料。本章节就各种新型W-Cu复合材料的发展和应用、W~Cu复合材料的制备技术，以及功能梯度材料的发展现状、优化设计和主要工艺进行了介绍。

1.1纳米结构W-Cu复合材料的发展和应用

1.1.1纳米结构W-Cu复合材料的发展现状

纳米结构的材料由于具有常规结晶材料所不具有的特异性能，而受到国内外材料研究者的关注。近年来采用纳米粉体促进、改善及制备具有纳米结构的W-Cu复合材料引起了广泛重视。经过不同工艺制得的W-Cu纳米复合粉体，粉末粒度极大地细化，分散度大大提高，这都将有效地改善

W-Cu系统的烧结特性，进而有助于W-Cu复合材料获得接近完全的致密度。不仅能满足材料高强度、高气密性的要求，相应的大幅度提高了复合材料的导电、导热性能。

目前纳米结构W-Cu复合材料的研究，主要集中在纳米W-Cu复合粉体的制备工艺和烧结特性两个方面：首先制备工艺的研究，国内外研究较多地是溶胶-凝胶法(Sol-Gel)、喷雾干燥法(Spray Drying Method)、机械合金化法(Mechanical Alloying)、机械-热化学法(Mechanical Thermo-chemical Process)等合成法制备纳米W-Cu复合粉；其次烧结特性，由于纳米粉末的晶粒细小（粒径在100m以下），比表面积大，粉末之间的接触界面大，表面活性大，烧结驱动力大，烧结温度低且致密化快。因此，采用纳米

W一Cu复合粉体制备钨铜复合材料时，在固相和液相烧结条件下都呈现强烈的致密化效果。文献[23]研究表明，钨铜氧化物共还原粉在高度弥散状

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第1章概论

态下，仅靠毛细管作用引起的颗粒重排就可以实现完全致密化，获得接近100%的相对密度。Hong等人研究了采用喷雾干燥燃烧结合后续还原处理制备的纳米结构W-(10~40)Cu复合粉体的烧结致密化，发现Cu含量在20%~40%时，通过1250℃保温1h的烧结可以获得致密度在98%以上的

W-Cu复合材料；而铜含量≤10%时，经过1450℃保温2h的烧结致密度最高也只能达到92%。Lee等采用将机械-热化学法与液相烧结相结合的方法，在没有烧结活化剂的情况下，制得了钨的平均颗粒尺寸为1μm的接近全致密的含Cu量为20%的W-Cu复合材料。KimJ.C.等用机械合金化的方法，在较低的温度(1100℃)下液相烧结，制取了几乎全致密的纳米

W-20Cu和W-30Cu复合材料，并发现MA给W-Cu复合粉体带来的纳米结构特征有效地强化了粉体的烧结性能。RyuS.S.和KimY.D.等也对该方法进行了研究，并认为固相或液相烧结均对烧结致密化起着极其重要

的作用，纳米晶钨铜粉烧结性能的改善源于假合金内同种颗粒W一W之间

的相互作用，以及不同颗粒W-Cu之间的相互作用。文献[28,29]报道了通过高能球磨将金属钨粉和铜粉混合进行长时间研磨，可以制得高均匀分布的超细W-Cu复合粉末，它们具有极均匀的纳米尺寸W相结晶组织。含

Cu量为30%的W-Cu混合粉球磨50h后，可得到20nm~30nm的钨相，将此纳米粉成型并在较低温度下烧结，可得到相对密度98%、钨晶粒600nm、组织均匀的W-Cu复合材料。含Cu量为20%（质量分数）的W一Cu混合球磨50h后，发现复合粉末的X-衍射图谱已看不到单独的Cu衍射峰；将这种粉末压制、烧结后，在X射线衍射图谱上消失的Cu重新析出，形成W和

Cu两相组织组成的W-Cu复合材料。

可见，以上对于纳米结构W-Cu复合材料的研究均获得了良好的效果；采用各种工艺得到的纳米W-Cu复合粉体均制备出了具有较高致密度W-Cu复合材料，尤其是机械合金化技术在该方面的应用被得到了广泛的研究。

1.1.2W-Cu复合材料的应用

1.1.2.1微电子封装材料

近年来，在电子、空间与信息等高科技领域，对材料的性能要求越来越高。随着集成电路(Integrated Circuit,IC)芯片技术的迅猛发展，对微电子

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域。这类电器除应具备常规电触头所需性能外，还特别要求其应符合真空

应用材料中的气体杂质(O2、N2等)含量极低的要求，故需采用特殊工艺，如

高温或真空脱气、真空熔渗等制备。

近年来，随着开关电器向更高电压、更大容量发展，对W一Cu复合材料的技术要求也不断提高，因此对于新型的W-Cu复合材料和新制备技术的研究已迫在眉睫。

1.1.2.3航天、军工领域高温用W-Cu复合材料

高温用W-Cu复合材料作为W-Cu材料研究的一个分支，由于成功应用到航天和军事工业领域中，受到了世界各国的广泛关注。从20世纪60年代起，美国已开始将钨铜合金用于火箭、导弹和飞行器的喷管喉衬、燃气舵、鼻锥、配重等高温部件，其主要利用了W一Cu合金的耐高温和发汗冷却作用，当燃气温度接近或超过合金的熔点(3000℃)时，铜在1083℃时熔化，在2580℃(0.1MPa)时蒸发而吸收大量热量，并为合金中的钨骨架提供良好的冷却作用，保证了部件的正常工作，从而使材料能承受一般材料无法承受的高温。另外，近年来W-Cu复合材料在军事上的一些新用途也在不断发展，例如，电磁炮的导轨材料应用了W-Cu材料的耐高温、高导电性和抗电弧、抗摩擦等优异性能；破甲弹的药型罩主要利用W一Cu材料的高密度、高强度和高动态性能，可以大大提高破甲弹的破甲威力。目前，高温用W-Cu复合材料制备方法主要采用熔渗法，从材料的性能研究来看，W-Cu复合材料的高温强度主要取决于钨骨架的强度。钨渗铜材料从室温至1200℃的抗拉强度取决于铜和钨骨架的结合强度，温度更高时，由于金属铜的熔化和挥发，材料强度则主要决定于钨骨架的结构、骨架的连续性程度、钨颗粒之间的连接状态以及孔隙形态和大小等因素，对于一定孔隙度的钨骨架，其连续性程度愈大，孔隙形状圆化或棱角钝化程度愈大，材料的高温抗拉强度愈高；铜含量高，渗铜均匀的材料，抗热震性相对较好；通过调整制备工艺参数和采用颗粒较粗的钨粉，能有效地控制部件由于高温下二次烧结所产生的尺寸变化。对于材料合金化的研究表明，在钨基体中加入Zr、C和Mo等元素后，材料密度在降低了4%一5%的同时，高温强度显著提高。随着更多国家和地区航天及军事工业的发展，高温W-Cu复合材料在该领域的应用也将不断拓展。但作为高科技及军事国防用W-Cu复合材料，其可靠性必须

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