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一種制備致密鉬銅復合材料的方法
鉬銅復合材料是由鉬、銅兩種單體混合而成的特殊功能材料,它綜合了鉬與銅的物理性能,具備良好的抗熔焊、耐燒損和耐高溫強度、高導電導熱等性能,因而獲得廣泛應用,特別是在電觸頭領域極有發展潛力,因為它的抗電弧燒蝕性優于常用的鎢基電觸頭材料。但真空開關接觸材料不僅要求合適的硬度、優良的導電性和耐損蝕性,還要求其全致密(98%以上),然而常規粉末冶金方法制備的高鉬含量的鉬銅材料存在成形性不好、孔隙分布不均、難以完全致密等問題,極大地限制了該材料的生產和實際應用。
上海工程技術大學研發了一種制備致密鉬銅復合材料的方法,取得了良好效果。他們采用了纖維基體相結構。基體金屬纖維繼承了金屬本身固有的特性,而液態金屬在纖維預制體中的滲透系數比在粉末預燒結坯的滲透系數大,故有利于提高最終材料的致密度;同時,纖維結構的孔隙率變化范圍大,易于調節。他們的方法是:首先制備三維鉬纖維預制體,作為鉬銅復合材料的基體相,然后將銅熔滲其中。實驗原料為高純鉬纖維,絲徑為0.2μm,銅為T2紫銅。將鉬纖維通過無紡鋪制、疊配,經高溫燒結制成蓬松的纖維氈,再將纖維氈通過模壓壓制成柱狀纖維預制體,壓制壓力控制在20~80MPa范圍內;然后將紫銅和鉬纖維預制體一起放置于燒結舟中,銅放置于鉬纖維預制體上面,在真空度為1MPa的真空環境下進行熔滲燒結,燒結溫度為1240℃,保溫時間為1.5h,最終獲得纖維結構的鉬銅復合材料。
對所獲材料的組織檢測顯示,該鉬銅復合材料具有致密均勻、特征明顯的纖維結構組織。鉬纖維預制體經過高溫燒結后仍保持無紡編織的形態,且間隙分布均勻。在1240℃的熔滲溫度下,銅較好地浸滲到鉬纖維預制體的孔隙中,并保持原來的金屬光澤。隨鉬質量分數的增加,鉬纖維預制體的孔隙度由33.46%減小到15.75%,其組織結構趨于緊密排列。可以確定,通過無紡技術,經壓制獲得的鉬纖維預制體可形成較寬范圍的孔隙度,同時,高溫燒結后能保持一定的孔隙度和孔徑形狀,從而可得到鉬含量可調節的鉬銅復合材料。檢測還顯示,鉬纖維與銅相間界面結合緊密、平整,不存在異質相,其組織形貌保持明顯的纖維氈結構特征。由于纖維預制體在空間中形成三維網絡骨架,骨架內通道彼此連通,有利于銅相充分浸滲,從而形成兩相結合穩定的界面結構。實驗表明,鉬纖維預制體的孔隙度范圍為15.75%~33.46%時,預制體的孔空間形成貫通孔,在真空高溫燒結過程中,鉬纖維預制體中連通孔空間無氣體占據,有利于銅相的充分滲透,使材料的致密化程度得以提高。
研究結果表明,他們所獲得的纖維結構鉬銅復合材料的致密度可達到99%以上。在鉬質量分數為84.77%時,所得材料的致密度達到最大值99.43%,其硬度為226.7HV,電導率為16.5MS/m。
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