一种制备超细钨铜复合粉体的方法

摘要

一种制备超细钨铜合金粉体的方法，属于合金材料领域。将钨酸铵和硝酸铜按照所需的含铜量进行配料研磨混合，得到混合均匀的粉体原料；在空气气氛下，将粉体原料焙烧，在一定温度下保温一段时间，保温结束，冷却，得到相应的氧化物粉体，然后与少于理论配比的炭黑按照一定的摩尔比进行配料，在氩气气氛下进行碳热预还原，得到含有少量WO

说明书

技术领域

本发明属于合金材料领域，公开了一种制备超细钨铜复合粉体的方法，尤其涉及了一种用炭黑和氢气相结合的两段式还原制备钨铜复合粉体的方法。

背景技术

钨铜合金既具有钨的高硬度高熔点又具有铜的高导电性和导热性。其中，钨熔点高(3410℃)，密度大(19.34g/cm³)；铜导电导热性能优越，钨铜合金(成分一般范围为WCu7-WCu50)微观组织均匀、耐高温、强度高、耐电弧烧蚀、密度大；导电、导热性能适中，广泛应用于军用耐高温材料、高压开关用电工合金、电加工电极、微电子材料，做为零部件和元器件广泛应用于航天、航空、电子、电力、冶金、机械、体育器材等行业。

目前制备钨铜合金的主要方法为钨粉和铜粉直接混合法，熔渗法等等。钨粉和铜粉直接混合这种方法制备的钨铜此法制备的材料均匀性不好、存在较多闭空隙，致密度通常低于98％。熔渗法生产工艺复杂，生产成本较高，且低铜的合金制备难度较大。以超细钨铜复合粉体作为原料进行烧结制备钨铜合金具有较大优势。目前主要是通过氢气还原钨铜的氧化物制备钨铜复合粉体，但是要制备超细的钨铜复合粉体，需要对原料进行特殊的预处理，如溶胶凝胶的方式得到复合氧化物，或者高能球磨，这些过程复杂，成本较高，且容易引入杂质。

发明内容

本发明的目的是使用钨酸铵和硝酸铜为原料，以炭黑和氢气为还原剂进行两段还原制备超细钨铜复合粉体，从而既可以简化操作工艺，降低成本，还可以细化晶粒。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

一种制备超细钨铜合金粉体的方法，其特征在于：采用碳-氢两段还原的方法制备超细的钨铜复合粉体，具体是将钨酸铵和硝酸铜按照所需的含铜量进行配料研磨混合，得到混合均匀的粉体原料；在空气气氛下，将粉体原料焙烧，在一定温度下保温一段时间，保温结束，冷却，得到相应的氧化物粉体，然后与少于理论配比的炭黑按照一定的摩尔比进行配料，在氩气气氛下进行碳热预还原，得到含有少量WO₂，绝大多数都为W和Cu的粉体；再在氢气气氛下，将碳热还原后所得到的粉体进行深脱氧，得到超细的钨铜复合粉体。

进一步地，采用钨酸铵与硝酸铜为原料，根据所需的W和Cu质量比进行配料后在400-600℃焙烧1-4小时。

进一步地，钨酸铵和硝酸铜焙烧之后得到的产物进行缺碳预还原，配碳量按照以下规则计算：焙烧产物中的WO₃与用于还原WO₃的炭黑按照摩尔比为1：0.5-1：2.5；CuO与用于还原CuO的炭黑按照摩尔比1：0.5-1：1进行混料。总配碳量为还原WO₃和还原CuO所用炭黑量之和。

进一步地，在氩气气氛下，将混合均匀的原料在400-800℃下保温2-4小时，而后在900-1050℃下保温2-4小时，冷却，得到含有少量WO₂，绝大多数为W和Cu的粉体。

进一步地，将碳热还原的产物在600-900℃保温1-4小时进行深脱氧，然后在氢气气氛下进行冷却，得到尺寸小于200nm的超细钨铜复合粉体。

进一步地，本发明所述的碳-氢两段还原的方法同样适用于超细钼铜复合粉体的制备，所有的技术路线及过程参数均采用上述制备钨铜复合粉体的方法，唯一不同的在于原料采用钼酸铵和硝酸铜。

本发明方法可以获得晶粒小于200nm，尺寸分布均匀的钨铜复合粉体。这种方法操作简单，成本低，易于工业化的实施操作。该方案可同样使用于超细钼铜复合粉体的制备。

具体实施方式

实例一：制备W-30％Cu合金，取钨酸铵与硝酸铜中的钨与铜的质量比按照7：3进行均匀混合。然后将此原料放入高温炉中在空气气氛下，进行随炉升温到400℃，保温4小时，之后在空气的气氛中进行冷却。配碳按照如下规则：WO₃与用于还原WO₃的炭黑的摩尔比按照1：2；CuO与用于还原CuO的炭黑的摩尔比按照1：0.5，均匀混合后，在氩气气氛下600℃反应2小时，而后在1000℃下反应2小时，再在氩气气氛下冷却，得到W，Cu和少量WO₂的混合物。然后将碳热预还原后的产物在氢气气氛下，800℃保温4小时，并在氢气气氛下冷却到室温，得到粒径小于200nm的钨铜复合粉体，

实例二：制备W-10％Cu合金，取钨酸铵与硝酸铜中的钨与铜的质量比按照90：10进行均匀混合。然后将此原料放入高温炉中在空气气氛下进行随炉升温到500℃，保温4小时，之后在空气的气氛中进行冷却。配碳按照如下规则：WO₃与用于还原WO₃的炭黑的摩尔比按照1：2.1；CuO与用于还原CuO的炭黑的摩尔比按照1：0.5，均匀混合后，在氩气气氛下，600℃反应2小时，而后在1000℃下反应2小时，再在氩气气氛下冷却，得到W，Cu和少量WO₂的混合物。然后将碳热预还原的产物在氢气气氛下，850℃保温2小时，并在氢气气氛下冷却，得到粒径小于200nm钨铜复合粉体。