热压制备W/Cu功能梯度材料的性能研究

摘要

W/Cu功能梯度材料将W、Cu不同优良性能融于一体，减小了W、Cu之间因热膨胀系数相差较大产生的热应力，也解决了因熔点相差较大而存在的连接问题，使W、Cu充分发挥各自的本征物理特性，结合二者优点，弥补各自缺点，从而使材料的综合性能得以提高。正因为W/Cu功能梯度材料的众多优点，使得其在不同领域得到广泛应用。
　　本文采用简化W粉预处理工艺，改善了W、Cu界面润湿性;采用化学镀工艺，在W颗粒表面镀上一层均匀、完整、致密Cu，提高了W、Cu界面结合强度，使W粉分布更加均匀。利用场发射扫描电镜，X射线衍射仪研究了W粉装载量、还原剂浓度、镀液温度对W粉末颗粒表面Cu镀层的影响。发现镀铜最佳工艺为:W粉装载量为10g/L，还原剂甲醛HCHO浓度为20ml/L，镀液温度为60℃。
　　采用化学镀铜法制备的W/Cu复合粉末在1050℃、1065℃、1080℃、1095℃烧结温度下热压制备的W-20Cu/W-40Cu/W-60Cu的三层W/Cu功能梯度材料。借助XRD、SEM、EDX等分析手段研究了不同烧结工艺对材料组织性能的影响，结果表明在1065℃下制备的样品具有较好的综合性能，并形成了完整均匀理想的Cu网格结构，原始梯度结构保存完好，其致密度可达96.1％，热导率在测试温度为室温下达到204 W·m-1·K-1，测试温度为800℃时为150 W·m-1·K-1，电导率高达71.34％IACS。1065℃热压烧结的试样升温到800℃淬火急冷，扫描电子显微镜下未发现开裂现象，反映了优异的抗热震性。
　　针对W/Cu功能梯度材料在未来广泛用于面向等离子体材料，本实验参照三层W/Cu功能梯度材料的最佳制备工艺，还设计制备了五层W/Cu功能梯度材料试样，富钨层面增添纯钨层，各层成分配比为W/W-20Cu/W-40Cu/W-60Cu/W-80Cu，研究了其各类物理性能。结果表明由于纯W层发现孔隙缺陷，界面结合强度低。其致密度较低为93.6％，热导率室温下仅为125 W·m-1·K-1，测试温度为800℃时为87W·m-1·K-1，电导率为45.27％IACS，呈现较低水平。五层W/Cu功能梯度材料试样抗热震性较差。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 功能梯度材料的概念及其分类

1．3 功能梯度材料的发展

1．4 W／Cu功能梯度材料的特性及其发展现状

1．5 W／Cu功能梯度材料的用途

1．6 W／Cu功能梯度材料的制备方法

1．7 化学镀铜介绍

1．8 课题主要研究内容及方法

第二章 实验方案及性能测试方法

2．1 实验方案

2．1．2 W／Cu复合粉末制备所需实验原材料

2．1．3 W／Cu功能梯度材料的成分选择

2．1．4 W／Cu功能梯度材料的制备流程

2．2 性能表征

2．2．1 粉末的形貌观察

2．2．2 W／Cu功能梯度材料的性能分析

2．2．3 本实验使用的设备和仪器

第三章 W／Cu复合材料粉末的制备

3．1 W／Cu复合材料粉末的制备过程

3．1．1 W粉的预处理

3．1．2 W粉化学镀铜过程

3．2 W粉化学镀铜工艺的研究

3．2．1 W粉装载量对化学镀铜的影响

3．2．2 还原剂浓度对W粉化学镀铜的影响

3．2．3 镀液温度对W粉化学镀铜的影响

3．3 本章小结

第四章 热压烧结法制备三层W／Cu功能梯度材料

4．1 三层W／Cu功能梯度材料的制备

4．1．1 烧结工艺

4．2．1 三层W／Cu功能梯度材料致密度

4．2．2 三层W／Cu功能梯度材料的物相表征

4．2．3 三层W／Cu功能梯度材料梯度结构分析

4．2．4 三层W／Cu功能梯度材料显微组织分析

4．2．5 三层W／Cu功能梯度材料梯度层成分分析

4．2．6 三层W／Cu功能梯度材料硬度

4．2．7 三层W／Cu功能梯度材料热导率和电导率测试

4．2．8 三层W／Cu功能梯度材料抗弯强度测试

4．2．9 三层W／Cu功能梯度材料抗热震性测试

4．3 本章小结

第五章 热压烧结法制备五层W／Cu功能梯度材料

5．1．2 五层W／Cu功能梯度材料的物相表征

5．1．3 五层W／Cu功能梯度材料金相显微组织分析

5．1．4 五层W／Cu功能梯度材料断口分析

5．1．5 五层W／Cu功能梯度材料梯度层成分分析

5．1．6 五层W／Cu功能梯度材料硬度

5．1．7 五层W／Cu功能梯度材料热导率和电导率测试

5．1．8 五层W／Cu功能梯度材料抗弯强度测试

5．1．9 五层W／Cu功能梯度材料抗热震性测试

5．2 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况