一种获得高导热性钨铜合金的生产方法与流程

1.本发明涉及粉末冶金技术领域，具体来说，涉及一种获得高导热性钨铜合金的生产方法。


背景技术：

2.钨铜合金通常用作电子封装材料、热沉材料等。随着电子行业的发展，对钨铜合金的性能要求也越来越高。其中钨铜材料的致密度是钨铜合金材料最重要的参数，它直接影响材料的力学性能、传导性能和密封性能。目前生产钨铜合金常用的方法是混合粉末压制烧结法和熔渗法，其中熔渗法生产的钨铜合金材料的致密度优于混合粉末压制烧结法。熔渗法就是根据所需的钨铜比例先将钨粉按照一定的压力压制成粉坯，然后烧结粉坯得到具有一定强度的钨骨架。之后通过将钨骨架和一定质量的铜接触，将二者加热至铜的熔点以上，铜液会填入钨骨架的孔隙中，形成钨铜合金。熔渗过程中铜液填充钨骨架的主要影响因素可以归类为驱动力、阻力和闭孔隙占比。
3.现有技术cn202010598902.5公开一种粉末冶金的熔渗结合方法，包括以下步骤：s1.原料制备：根据加工零件选取粉末冶金材料，然后将材料投放至研磨机中进行研磨处理，s2.毛坯成型：将s1中的冶金粉末原料放置在成型模具中，然后使用压制成型机进行压制并使其成型，s3.烧结处理：将s2中所得到的成型毛坯投放至烧结炉的内部进行烧结处理，s4.熔渗加工结合：将热处理毛坯投放至熔渗炉的内部与熔渗剂结合进行熔渗处理。该复合材料的致密度存在不足。
4.针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。


技术实现要素：

5.针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种获得高导热性钨铜合金的生产方法，通过施加压力以提供一个驱动力来提高钨铜合金产品的致密度，得到的钨铜合金产品具有比普通熔渗法更高的致密度。
6.为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
7.一方面，本发明一种获得高导热性钨铜合金的生产方法，通过将钨骨架板、铜片在驱动力作用下保温熔渗制备而成。
8.进一步地，所述驱动力为重物的重力和铜液在钨骨架孔隙中的毛细管力。进一步地，本发明所述的重物可以是任何适合置于反应板表面的物体，例如密度大、耐高温的合金材料或惰性物质粉末，合金材料可以选自钨板、硬质合金板、厚钢板、高比重合金、陶瓷板、玻璃板、水泥板、石墨板、砖等；惰性物质粉末可以是氧化铝粉末、陶瓷粉末、玻璃粉末、碳粉、水泥粉、砖粉、石墨粉等耐高温且不与铜、钨和熔渗烧结舟发生反应的物质。此处的反应板是指钨骨架板和铜片等实现钨铜合金生产的物质。此处的铜液是指在保温溶渗过程中，铜片荣华后形成的液体。
9.进一步地，所述保温熔渗过程中，钨骨架和铜片表面被惰性物质粉末包覆，所述惰
性物质粉末表面设置有提供重力的施压物。
10.进一步地，所述生产方法，包括以下步骤：
11.步骤1)：取第一惰性物质粉末置于熔渗烧结舟中，摇匀、压实；
12.步骤2)：将钨骨架板平铺在第一惰性物质粉末上，再将铜片平铺在钨骨架板上，取第二惰性物质粉末进行掩盖；
13.步骤3)：将施压板平铺与第二惰性物质粉末上；
14.步骤4)：将熔渗烧结舟推入熔渗炉内，在非氧化性气氛中保温熔渗；
15.步骤5)：保温结束后，熔渗烧结舟随炉自然冷却至室温，取出施压板，过筛后得到钨铜合金。
16.进一步地，所述第一惰性物质粉末摇匀、压实后充满熔渗烧结舟的1/4体积以上。优选为1/4体积。
17.进一步地，所述熔渗烧结舟选自钼舟或石墨舟，以耐高温作为选择基准。
18.进一步地，所述钨骨架板和铜片的重量比根据所需制备的钨铜合金产品进行计算，例如，产品为w80cu，则w和cu的重量比为4:1～1.1。
19.进一步地，所述第二惰性物质粉末的厚度至少大于铜片厚度。例如，铜片厚度为5mm，第二惰性物质粉末的厚度6～15mm。
20.进一步地，所述第二惰性物质粉末掩盖过程中不可摇晃熔渗烧结舟，通过铲子调整第二惰性物质粉末的分布和压平。
21.进一步地，所述第一惰性物质粉末和第二惰性物质粉末各自独立地选自氧化铝粉末、陶瓷粉末、玻璃粉末、碳粉、水泥粉、砖粉、石墨粉等耐高温且不与铜、钨和熔渗烧结舟发生反应的物质。
22.进一步地，所述施压板的重量为钨骨架板和铜片重量之和的2～5倍。
23.进一步地，所述施压板选自密度大、耐高温的合金材料，例如选自钨板、硬质合金板、厚钢板、高比重合金、陶瓷板、玻璃板、水泥板、石墨板、砖等。
24.进一步地，所述熔渗采用梯度升温，保温温度为1100～1500℃，保温时间为2～4小时，熔渗炉内以非氧化性气氛进行保护。进一步地，所述非氧化性气氛为惰性气氛或还原性气氛，例如氢气或氦气气氛。
25.采用特定的熔渗温度可避免温度过高或过低对熔渗效果的影响。优选采用氢气气氛保护，可防止产品氧化导致的产品报废问题。
26.进一步地，所述熔渗的具体过程为：将熔渗烧结舟推入熔渗炉中，以50℃/min的速度升温至500～800℃，保温时间10～30min；以20℃/min的速度升温至800～1000℃，保温时间10～30min；以10℃/min的速度升温至1100℃～1500℃，保温时间为2～4h。通过阶梯升温确保熔渗过程金相组织均匀，避免过于剧烈导致紊乱。
27.另一方面，本发明提供一种运用本发明方法制备的钨铜合金，其中，所述钨铜合金的金相组织均匀。
28.本发明的有益效果：
29.本发明通过将钨骨架板、铜片在外加驱动力作用下保温熔渗制备而成的钨铜合金，使铜液能够更好地填入被熔渗的钨骨架，从而使产品性能提高；通过将惰性物质粉末进行填埋包覆，能够减少钨骨架和铜片在熔渗烧结舟进行移动过程中的相对位置变化，防止
钨骨架和铜片在推舟过程中分离而导致无法形成合金的问题，提高成品率。
30.通过图1和图2的金相组织图，可见本发明制备的钨铜合金材料通过加压熔渗后，得到的产品的致密度明显得到提升，组织更均匀，钨铜合金材料的传导性和力学性能也得到提高。
31.与普通熔渗方法生产的钨铜合金相比，本发明可有效降低因没有渗透而报废的原材料数量，比例可减少13％；本发明制备的钨铜合金的相对密度与理论密度的差距减少了9％，且材料的热导、硬度和后续机加工的报废率数据均略优于普通熔渗方法生产的钨铜合金材料。
附图说明
32.图1本发明实施例1制备的钨铜合金材料的金相组织图；
33.图2普通熔渗方法制备的钨铜合金材料的金相组织图。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
36.实施例1
37.取氧化铝粉末置于熔渗烧结舟中，氧化铝粉末摇匀、压实后充满熔渗烧结舟的1/4体积；熔渗烧结舟为195
×
195
×
35mm的石墨舟，壁厚5mm，底厚7mm，实际容量为185
×
185
×
28mm的空间；
38.将第一钨骨架板平铺在第一氧化铝粉末上，再将铜片平铺在第一钨骨架板上，取第二氧化铝粉末进行掩盖，掩盖过程中不可摇晃熔渗烧结舟，通过铲子调整氧化铝粉末的分布和压平。第一钨骨架板和铜片的重量比根据所需制备的钨铜合金产品进行计算，钨板为165
×
165
×
10mm的钨板，重量约为5kg；例如，产品为w80cu，则w和cu的重量比为4∶1.1；第二氧化铝粉末的厚度15mm；
39.将第二钨骨架板平铺与氧化铝粉末上；第二钨骨架板的重量为第一钨骨架板和铜片重量之和的2倍；
40.将熔渗烧结舟推入熔渗炉内，熔渗炉内以氢气气氛保护。所述熔渗过程为：将熔渗烧结舟推入熔渗炉中，以50℃/min的速度升温至800℃，保温时间10min；以20℃/min的速度升温至1000℃，保温时间30min；以10℃/min的速度升温至1500℃，保温时间为4h。
41.保温结束后，熔渗烧结舟随炉自然冷却至室温，取出第二钨骨架板，过筛去除氧化铝粉末后得到钨铜合金。
42.实施例2
43.取氧化铝粉末置于熔渗烧结舟中，氧化铝粉末摇匀、压实后充满熔渗烧结舟的1/4体积；熔渗烧结舟为195
×
195
×
35mm的石墨舟，壁厚5mm，底厚7mm，实际容量为185
×
185
×
28mm的空间；
44.将第一钨骨架板平铺在第一氧化铝粉末上，再将铜片平铺在第一钨骨架板上，取第二氧化铝粉末进行掩盖，掩盖过程中不可摇晃熔渗烧结舟，通过铲子调整氧化铝粉末的分布和压平。第一钨骨架板和铜片的重量比根据所需制备的钨铜合金产品进行计算，钨板为165
×
165
×
10mm的钨板，重量约为5kg；例如，产品为w80cu，则w和cu的重量比为4:1；第二氧化铝粉末的厚度15mm；
45.将第二钨骨架板平铺与氧化铝粉末上；第二钨骨架板的重量为第一钨骨架板和铜片重量之和的5倍；
46.将熔渗烧结舟推入熔渗炉内，熔渗炉内以氢气气氛保护。所述熔渗过程为：将熔渗烧结舟推入熔渗炉中，以50℃/min的速度升温至500℃，保温时间30min；以20℃/min的速度升温至800℃，保温时间10min；以10℃/min的速度升温至1100℃℃，保温时间为2h。
47.保温结束后，熔渗烧结舟随炉自然冷却至室温，取出第二钨骨架板，过筛去除氧化铝粉末后得到钨铜合金。
48.实施例3
49.取氧化铝粉末置于熔渗烧结舟中，氧化铝粉末摇匀、压实后充满熔渗烧结舟的1/4体积；熔渗烧结舟为195
×
195
×
35mm的石墨舟，壁厚5mm，底厚7mm，实际容量为185
×
185
×
28mm的空间；
50.将第一钨骨架板平铺在第一氧化铝粉末上，再将铜片平铺在第一钨骨架板上，取第二氧化铝粉末进行掩盖，掩盖过程中不可摇晃熔渗烧结舟，通过铲子调整氧化铝粉末的分布和压平。第一钨骨架板和铜片的重量比根据所需制备的钨铜合金产品进行计算，钨板为165
×
165
×
10mm的钨板，重量约为5kg；例如，产品为w80cu，则w和cu的重量比为4:1.1；第二氧化铝粉末的厚度15mm；
51.将第二钨骨架板平铺与氧化铝粉末上；第二钨骨架板的重量为第一钨骨架板和铜片重量之和的3倍；
52.将熔渗烧结舟推入熔渗炉内，熔渗炉内以氢气气氛保护。所述熔渗过程为：将熔渗烧结舟推入熔渗炉中，以50℃/min的速度升温至600℃，保温时间15min；以20℃/min的速度升温至900℃，保温时间20min；以10℃/min的速度升温至1300℃，保温时间为3h。
53.保温结束后，熔渗烧结舟随炉自然冷却至室温，取出第二钨骨架板，过筛去除氧化铝粉末后得到钨铜合金。
54.实施例4
55.取水泥粉置于熔渗烧结舟中，水泥粉摇匀、压实后充满熔渗烧结舟的1/4体积；熔渗烧结舟为195
×
195
×
35mm的钼舟，壁厚5mm，底厚7mm，实际容量为185
×
185
×
28mm的空间；
56.将钨骨架板平铺在水泥粉上，再将铜片平铺在钨骨架板上，取石墨粉进行掩盖，掩盖过程中不可摇晃熔渗烧结舟，通过铲子调整石墨粉的分布和压平。钨骨架板和铜片的重量比根据所需制备的钨铜合金产品进行计算，钨板为165
×
165
×
10mm的钨板，重量约为5kg；例如，产品为w80cu，则w和cu的重量比为4:1.1；石墨粉的厚度10mm；
57.将水泥板平铺与水泥粉末上；水泥板的重量为钨骨架板和铜片重量之和的2倍；
58.将熔渗烧结舟推入熔渗炉内，熔渗炉内以氢气气氛保护。所述熔渗过程为：将熔渗烧结舟推入熔渗炉中，以50℃/min的速度升温至800℃，保温时间10min；以20℃/min的速度
升温至1000℃，保温时间30min；以10℃/min的速度升温至1500℃，保温时间为4h。
59.保温结束后，熔渗烧结舟随炉自然冷却至室温，取出水泥板，过筛去除水泥粉末后得到钨铜合金。
60.实施例5
61.取陶瓷粉末置于熔渗烧结舟中，陶瓷粉末摇匀、压实后充满熔渗烧结舟的1/4体积；熔渗烧结舟为195
×
195
×
35mm的石墨舟，壁厚5mm，底厚7mm，实际容量为185
×
185
×
28mm的空间；
62.将钨骨架板平铺在陶瓷粉末上，再将铜片平铺在钨骨架板上，取陶瓷粉末进行掩盖，掩盖过程中不可摇晃熔渗烧结舟，通过铲子调整陶瓷粉末的分布和压平。钨骨架板和铜片的重量比根据所需制备的钨铜合金产品进行计算，钨板为165
×
165
×
10mm的钨板，重量约为5kg；例如，产品为w80cu，则w和cu的重量比为4:1；陶瓷粉末的厚度10mm；
63.将厚钢板平铺与陶瓷粉末上；厚钢板的重量为钨骨架板和铜片重量之和的5倍；
64.将熔渗烧结舟推入熔渗炉内，熔渗炉内以氢气气氛保护。所述熔渗过程为：将熔渗烧结舟推入熔渗炉中，以50℃/min的速度升温至500℃，保温时间30min；以20℃/min的速度升温至800℃，保温时间10min；以10℃/min的速度升温至1100℃℃，保温时间为2h。
65.保温结束后，熔渗烧结舟随炉自然冷却至室温，取出厚钢板，过筛去除陶瓷粉末后得到钨铜合金。
66.实施例6
67.取氧化铝粉末置于熔渗烧结舟中，氧化铝粉末摇匀、压实后充满熔渗烧结舟的1/4体积；熔渗烧结舟为195
×
195
×
35mm的石墨舟，壁厚5mm，底厚7mm，实际容量为185
×
185
×
28mm的空间；
68.将钨骨架板平铺在第一氧化铝粉末上，再将铜片平铺在钨骨架板上，取第二氧化铝粉末进行掩盖，掩盖过程中不可摇晃熔渗烧结舟，通过铲子调整氧化铝粉末的分布和压平。钨骨架板和铜片的重量比根据所需制备的钨铜合金产品进行计算，钨板为165
×
165
×
10mm的钨板，重量约为5kg；例如，产品为w80cu，则w和cu的重量比为4:1.1；第二氧化铝粉末的厚度15mm；
69.将玻璃板平铺与氧化铝粉末上；玻璃板的重量为钨骨架板和铜片重量之和的3倍；
70.将熔渗烧结舟推入熔渗炉内，熔渗炉内以氢气气氛保护。所述熔渗过程为：将熔渗烧结舟推入熔渗炉中，以50℃/min的速度升温至600℃，保温时间15min；以20℃/min的速度升温至900℃，保温时间20min；以10℃/min的速度升温至1300℃，保温时间为3h。
71.保温结束后，熔渗烧结舟随炉自然冷却至室温，取出玻璃板，过筛去除氧化铝粉末后得到钨铜合金。
72.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。