具有Cu網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的W-Cu復(fù)合材料的低溫制備及其性能.pdf

1、W-Cu復(fù)合材料結(jié)合了W和Cu的性能優(yōu)點(diǎn)，具有良好的力學(xué)強(qiáng)度、高導(dǎo)電導(dǎo)熱、低熱膨脹等性能，其在電子封裝、電觸頭、高溫等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用背景。但采用已有的制備方法在W-Cu復(fù)合材料的組分及結(jié)構(gòu)的均勻性、具有Cu貫穿網(wǎng)絡(luò)特征結(jié)構(gòu)的獲得、高導(dǎo)電導(dǎo)熱性能的獲得等方面難以兼顧，得到的W-Cu復(fù)合材料難以滿足現(xiàn)代科技對(duì)其性能的高要求。因此，創(chuàng)新制備方法，探索在低溫下制備致密的、具有Cu貫穿結(jié)構(gòu)的W-Cu復(fù)合材料具有非常重要的實(shí)用價(jià)值。
　　

2、本文首先研究了化學(xué)鍍相關(guān)工藝參數(shù)對(duì)化學(xué)鍍Cu過(guò)程及鍍Cu層相關(guān)性質(zhì)的影響規(guī)律，優(yōu)化了W粉表面化學(xué)鍍Cu工藝，獲得了高純、定量、包覆效果理想的Cu@W復(fù)合粉體;其次研究了利用包覆粉體制備W-Cu復(fù)合材料的熱壓燒結(jié)致密化及其機(jī)理，獲得了具有Cu貫穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的W-Cu復(fù)合材料，最后分析探討了W-Cu復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系。
　　W粉表面化學(xué)鍍Cu的優(yōu)化工藝參數(shù)為:穩(wěn)定劑二聯(lián)吡啶的濃度為20～40mg/L，鍍液pH值為12～1

3、2.5，鍍液溫度為40～50℃，五水硫酸銅20g/L，酒石酸鉀鈉60g/L，38wt.％甲醛溶液20ml/L。在此工藝條件下制備出的Cu含量為20～45wt.％的Cu@W復(fù)合粉體定量性好（與設(shè)計(jì)比例的相對(duì)誤差在0.51％以內(nèi)）、純度高（氧含量在0.1％以內(nèi)）。
　　利用Cu@W復(fù)合粉體實(shí)現(xiàn)了W-Cu復(fù)合材料的低溫致密化，在950℃-100MPa-2h的燒結(jié)條件下，W-20～40wt.％Cu復(fù)合材料的相對(duì)密度可達(dá)98％以上。W-Cu

4、復(fù)合材料具有高純的Cu貫穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。分析認(rèn)為，Cu@W復(fù)合粉體能夠?qū)崿F(xiàn)W-Cu復(fù)合材料低溫致密化的原因是包覆粉體極大地提高了Cu相分布的均勻性，并使燒結(jié)致密化方式發(fā)生了改變，即由傳統(tǒng)的W-Cu、Cu-Cu共有的燒結(jié)轉(zhuǎn)變?yōu)閹缀踔挥蠧u-Cu的燒結(jié)，降低了燒結(jié)難度，從而實(shí)現(xiàn)了低溫致密化。
　　W-Cu復(fù)合材料的熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)、電導(dǎo)率隨Cu含量的增大而增大;其硬度、抗彎強(qiáng)度隨著Cu含量的增大而減小。W-20～40wt.％Cu復(fù)合材料

5、的熱導(dǎo)率為238.6～308.5W/m·K，其熱膨脹系數(shù)為7.4～10.6×10-6/K，其熱性能足以滿足電子封裝材料領(lǐng)域的使用性能要求，且均超過(guò)已有文獻(xiàn)報(bào)道的最高值。其電導(dǎo)率為29.4～42.0MS/m，遠(yuǎn)超W-Cu電觸頭材料國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。其維氏硬度為262.1～137.5HV，抗彎強(qiáng)度為989.3～482.8MPa，其力學(xué)性能和W-Cu電觸頭材料國(guó)家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)。W-Cu復(fù)合材料的優(yōu)異的熱學(xué)、電學(xué)性能和較好的力學(xué)性能主要得益于本