Cu-20％W原位复合粉末制备工艺研究

摘要

铜钨复合材料以其优越的综合性能，在军工、电子等领域得到了广泛的应用。近年来，现代材料工业的快速发展对高性能铜钨复合材料的性能提出了新的要求：一方面要求成分的多样化；另一方面要求极高的致密性和组织均匀性。本课题在共沉淀氢还原工艺的基础上，尝试性地引入碳酸钠参与共沉淀反应，提出一种成分可精确调控的铜钨复合粉末的新型制备方法。
　　本课题的主要工作内容：废弃原材料黄铜及白钨的原材料预处理实验探究；原位共沉淀法制备铜钨前驱体粉末反应条件的实验探究及对前驱体粉体进行表征分析；二阶段氢还原热力学计算及相变动力学实验研究，并且考察了还原条件对粉体颗粒的影响；最终对还原粉体进行了表征分析。研究结果表明：
　　废黄铜以1:6氨水和30％过氧化氢浸出3h效果最好，萃取剂选用15% N910，相比O/A为2:1，反萃剂用3 mol/L硫酸，相比O/A为1:1，萃取和反萃过程均为5 min；白钨选择在70℃下加入30%的盐酸中分解20min后过滤得钨酸浆，再用25%氨水溶解1.5 h，过滤蒸发结晶可得到钨酸铵晶体。
　　共沉淀反应条件满足：终点pH=5、温度75℃加电磁搅拌、反应溶液总体积为300 mL、(NH4)2WO4/Na2CO3摩尔比为1/10.578、加料方式为同时加入时，可制得由CuWO4和CuCO3·3Cu(OH)2组成的浅绿色前驱体。粉体中值粒径为1.30μm，粒度均匀且无团聚现象，元素收得率高于95%且比例符合要求。
　　前驱体煅烧主要发生结晶水的脱除及碱式碳酸铜的热分解反应，分解后得钨酸铜和氧化铜混合物，350℃时前驱体能够完全分解。煅烧产物还原失重曲线中表明，还原失重主要发生在低温和高温两头阶段，中间升温阶段失重较少。
　　对还原过程进行热力学计算，可确定第一阶段低温还原温度为450℃，第二阶段W-O系高温还原温度为720℃，该温度下还原粉体粒径尺寸相对较小无还原残留夹杂且无局部铜相烧结长大现象。对还原过程动力学探究分析，可确定氢气流速为5 L/min时最节约高效，该流速下得到的还原粉体比表面积相对较大。还原后得到铜钨复合粉末纯度较高，氧引入量仅为0.085%，粉体钨半包覆铜近似为圆球状，粒度和元素分布都较为均匀，物理性能与其它工艺同类产品相比较为优异。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 废弃黄铜及白钨资源

1.3 铜钨合金的性能及应用

1.4 铜钨复合材料的制备方法

1.5 铜钨复合材料的研究现状及前景

1.6 本课题的研究背景和意义及研究内容

第2章 实验过程与方法

2.1 实验材料及设备

2.2 实验工艺流程

2.3实验原理及过程

2.4 试样性能测试与表征

第3章 废弃原材料预处理实验

3.1 原材料组分

3.2 废弃黄铜的节约化生产

3.3 钨酸铵的制备试验探究

3.4 本章小结

第4章 原位共沉淀法制备铜钨前驱体粉末

4.1 pH值对前驱体粉末成分的影响

4.2 温度对共沉淀反应的影响

4.3 反应液总体积与收得率及粒度的关系

4.4 加料方式对反应的影响

4.5 前驱体化合物表征与分析

4.6 本章小结

第5章 铜钨还原粉末制备及还原实验研究

5.1 前驱体TG-DTG-DTA分析

5.2 煅烧产物还原失重实验

5.3 氢气还原热力学计算

5.4 还原动力学实验分析

5.5 还原条件对合金粉末颗粒的影响

5.6 本章小结

第6章 铜钨复合粉末表征及分析

6.1 复合粉末成分测定和形貌观察

6.2 复合粉末的基本物理性能测试

6.3 复合粉末均匀性分析

6.4 本章小结

第7章 全文总结与展望

7.1 总结

7.2 创新之处及工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢