材料制備技術(shù)課程是金屬材料工程專業(yè)的一門專業(yè)必修課,內(nèi)容多而雜,相互之間無連貫性,并且實(shí)踐性強(qiáng),存在著一定的教學(xué)難度。這是學(xué)習(xí)啦小編為大家整理的材料制備技術(shù)論文，僅供參考!

　　材料制備技術(shù)論文篇一

　　塊狀金屬納米材料的制備技術(shù)進(jìn)展及展望

　　摘　要　綜述了國內(nèi)外塊狀納米材料的制備技術(shù)進(jìn)展及存在的問題。提出了超短時(shí)脈沖電流直接晶化法和深過冷直接晶化法兩類潛在的塊狀金屬納米晶制備技術(shù)，并對今后的研究及 發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

　　關(guān)鍵詞　納米晶塊體　材料制備　非晶晶化　 機(jī)械合金化　深過冷

　　DEVELOPMENT OF BULK METAL NANOMETER MATERIALS PREPARATION TECHNOLOGIES AND THEiR ESTIMATE

　　ABSTRACT　On the basis of the summarization of bulk metal nanocrystalline materials preparation methods,two potential technologies:super short false current direct crystallization method and high undercooling direct crystallization method are proposed.In the end,the development and application prospects of various methods are also estimated.

　　KEYWORDS　bulk nanometer material,preparation of materials,crystallization of amorphous alloys,mechanical alloying,high undercooling

　　Correspondent:Zhang Zhenzhong Northwestern Polytechnical University,State key Laborotry of Solidification Processing Xi'an 710072

　　自80年代初德國科學(xué)家H.V.GlEIter成功地采用惰性氣體凝聚原位加壓法制得純物質(zhì)的塊狀納米材料后[1]，納米材料的研究及其制備技術(shù)在近年來引起了世界各國的普遍重視。由于納料材料具有獨(dú)特的納米晶粒及高濃度晶界特征以及由此而產(chǎn)生的小尺寸量子效應(yīng)和晶界效應(yīng)，使其表現(xiàn)出一系列與普通多晶體和非晶態(tài)固體有本質(zhì)差別的力學(xué)、磁、光、電、聲等性能[2]，使得對納米材料的制備、結(jié)構(gòu)、性能及其應(yīng)用研究成為90年代材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)。為使這種新型材料既有利于理論研究，又能在實(shí)際中拓寬其使用范圍，探索高質(zhì)量的三維大尺寸納米晶體樣品的制備技術(shù)已成為納米材料研究的關(guān)鍵之一。本文綜述國內(nèi)外現(xiàn)有塊狀金屬納米材料的制備技術(shù)進(jìn)展，并提出今后可能成為塊狀金屬納米材料制備的潛在技術(shù)。

　　1　現(xiàn)有塊狀金屬納米材料的制備技術(shù)

　　1.1　惰性氣體凝聚原位加壓成形法

　　該法首先由H.V.Gleiter教授提出[1]，其裝置主要由蒸發(fā)源、液氮冷卻的納米微粉收集系統(tǒng)、刮落輸運(yùn)系統(tǒng)及原位加壓成形(燒結(jié))系統(tǒng)組成。其制備過程是：在高真空反應(yīng)室中惰性氣體保護(hù)下使金屬受熱升華并在液氮冷鏡壁上聚集、凝結(jié)為納米尺寸的超微粒子，刮板將收集器上的納米微粒刮落進(jìn)入漏斗并導(dǎo)入模具，在10-6Pa高真空下，加壓系統(tǒng)以1～5GPa的壓力使納米粉原位加壓(燒結(jié))成塊。采用該法已成功地制得Pd、Cu、Fe、Ag、Mg、Sb、Ni3Al、NiAl、TiAl、Fe5Si95等合金的塊狀納米材料[3]。近年來，在該裝置基礎(chǔ)之上，通過改進(jìn)使金屬升華的熱源及方式(如采用感應(yīng)加熱、等離子體法、電子束加熱法、激光熱解法、磁濺射等)以及改良其它裝備，可以獲得克級到幾十克級的納米晶體樣品。納米超飽和合金、納米復(fù)合材料等也正在利用此法研究之中。目前該法正向多組分、計(jì)量控制、多副模具、超高壓力方向發(fā)展。

　　該法的特點(diǎn)是適用范圍廣，微粉表面潔凈，有助于納米材料的理論研究。但工藝設(shè)備復(fù)雜，產(chǎn)量極低，很難滿足性能研究及應(yīng)用的要求，特別是用這種方法制備的納米晶體樣品存在大量的微孔隙，致密樣品密度僅能達(dá)金屬體積密度的75%～90%，這種微孔隙對納米材料的結(jié)構(gòu)性能研究及某些性能的提高十分不利。近年來，盡管發(fā)展了一些新的納米粉制備方法如電化學(xué)沉積[4]、電火花侵蝕(spark erosion)[5]等方法，但與這些方法相銜接的納米粉的分散、表面處理及成型方法尚未得到發(fā)展。

　　1.2　機(jī)械合金研磨(MA)結(jié)合加壓成塊法

　　MA法是美國INCO公司于60年代末發(fā)展起來的技術(shù)。它是一種用來制備具有可控微結(jié)構(gòu)的金屬基或陶瓷基復(fù)合粉末的高能球磨技術(shù)：在干燥的球型裝料機(jī)內(nèi)，在高真空Ar2氣保護(hù)下，通過機(jī)械研磨過程中高速運(yùn)行的硬質(zhì)鋼球與研磨體之間相互碰撞，對粉末粒子反復(fù)進(jìn)行熔結(jié)、斷裂、再熔結(jié)的過程使晶粒不斷細(xì)化，達(dá)到納米尺寸[6]。然后、納米粉再采用熱擠壓、熱等靜壓等技術(shù)[7]加壓制得塊狀納米材料。研究表明，非晶、準(zhǔn)晶、納米晶、超導(dǎo)材料、稀土永磁合金、超塑性合金、金屬間化合物、輕金屬高比強(qiáng)合金均可通過這一方法合成。

　　該法合金基體成分不受限制、成本低、產(chǎn)量大、工藝簡單，特別是在難熔金屬的合金化、非平衡相的生成及開發(fā)特殊使用合金等方面顯示出較強(qiáng)的活力，該法在國外已進(jìn)入實(shí)用化階段。如美國INCO公司使用的球磨機(jī)直徑為2m，長3m，每次可處理約1000kg粉體，這樣的球磨機(jī)1993年在美國安裝有七座，英國安裝有二座，大多用來加工薄板、厚板、棒材、管材及其它型材。近年來，該法在我國也獲得了廣泛的重視。其存在的問題是研磨過程中易產(chǎn)生雜質(zhì)、污染、氧化及應(yīng)力，很難得到潔凈的納米晶體界面，對一些基礎(chǔ)性的研究工作不利。

　　1.3　非晶晶化法

　　該法是近年來發(fā)展極為迅速的一種新工藝，它是通過控制非晶態(tài)固體的晶化動(dòng)力學(xué)過程使晶化的產(chǎn)物為納米尺寸的晶粒。它通常由非晶態(tài)固體的獲得和晶化兩個(gè)過程組成。非晶態(tài)固體可通過熔體激冷、高速直流濺射、等離子流霧化、固態(tài)反應(yīng)法等技術(shù)制備，最常用的是單輥或雙輥旋淬法。由于以上方法只能獲得非晶粉末、絲及條帶等低維材料，因而還需采用熱模壓實(shí)、熱擠壓或高溫高壓燒結(jié)等方法合成塊狀樣品[8]。晶化通常采用等溫退火方法，近年來還發(fā)展了分級退火[9]、脈沖退火[10]、激波誘導(dǎo)[11]等方法。目前，利用該法已制備出Ni、Fe、Co、Pd基等多種合金系列的納米晶體，也可制備出金屬間化合物和單質(zhì)半導(dǎo)體納米晶體，并已發(fā)展到實(shí)用階段。此法在納米軟磁材料的制備方面應(yīng)用最為廣泛。值得指出的是，國外近年來十分重視塊體非晶的制備研究工作，繼W.Klement、H.S.Chen、H.W.Kui等采用真空吸鑄法及合金射流法制備出Mg-La-TM、La-Al-TM、Zr-Al-TM系非晶塊體之后，近幾年日本以Inoue為代表的研究小組在非晶三原則指導(dǎo)下，又成功地采用合金射流成形及深過冷與合金射流成形相結(jié)合的方法制備了厚度分別為2mm、3mm、12mm、15mm、40mm、72mm的Fe-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge)[12]、(Fe,Co,Ni)70Zr8B20Nb2[13]、(Nd,Pr)-Fe-(Al,Ga)[14]、Zr-Al-Cu-Ni[15]、Pd-Cu-Si-B[16]系的非晶塊體。我國北京科技大學(xué)的何國、陳國良最近也采用合金射流成形法獲得?8mm Zr65Al7.5Cu17.5Ni10[17]的非晶塊體，這些研究結(jié)果為該法制備及應(yīng)用塊體納米材料注入了極大生機(jī)。

　　該法的特點(diǎn)是成本低，產(chǎn)量大，界面清潔致密，樣品中無微孔隙，晶粒度變化易控制，并有助于研究納米晶的形成機(jī)理及用來檢驗(yàn)經(jīng)典的形核長大理論在快速凝固條件下應(yīng)用的可能性。其局限性在于依賴于非晶態(tài)固體的獲得，只適用于非晶形成能力較強(qiáng)的合金系。

　　1.4　高壓、高溫固相淬火法

　　該法是將真空電弧爐熔煉的樣品置入高壓腔體內(nèi)，加壓至數(shù)GPa后升溫，通過高壓抑制原子的長程擴(kuò)散及晶體的生長速率，從而實(shí)現(xiàn)晶粒的納米化，然后再從高溫下固相淬火以保留高溫、高壓組織。胡壯麒等利用此法已獲得?4×3(mm)的Cu60Ti40及?3×3(mm)的Pd78Cu6Si16晶粒尺寸為10～20(nm)的納米晶樣品[18，19]。該法的特點(diǎn)是工藝簡便，界面清潔，能直接制備大塊致密的納米晶。其局限性在于需很高的壓力，大塊尺寸獲得困難，另外在其它合金系中尚無應(yīng)用研究的報(bào)道。

　　1.5　大塑性變形與其它方法復(fù)合的細(xì)化晶粒法

　　1.5.1　大塑性變形方法

　　在采用大塑性變形方法制備塊狀金屬納米材料方面，俄羅斯科學(xué)院R.Z.Valiev領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開展了卓有成效的研究工作，早在90年代初，他們就發(fā)現(xiàn)采用純剪切大變形方法可獲得亞微米級晶粒尺寸的純銅組織[20]，近年來他們在發(fā)展多種塑性變形方法的基礎(chǔ)上，又成功地制備了晶粒尺寸為20～200(nm)的純Fe、Fe-1.2%C鋼、Fe-C-Mn-Si-V低合金鋼、Al-Cu-Zr、Al-Mg-Li-Zr、Mg-Mn-Ce、Ni3Al金屬間化合物、Ti-Al-Mo-Si[21-23]等合金的塊體納米材料。

　　1.5.2　塑性變形加循環(huán)相變方法

　　1996年我國趙明、張秋華等[24]將碳管爐中氬氣保護(hù)下熔煉的Zn78Al22超塑性合金，經(jīng)固溶處理后通過小塑性變形和循環(huán)相變(共析轉(zhuǎn)變)，獲得了晶粒尺寸為100～300(nm)的塊狀納米晶體。

　　該方法與其他方法相比具有適用范圍寬，可制造大體積試樣，試樣無殘留縮松(孔)，可方便地利用掃描電鏡詳細(xì)研究其組織結(jié)構(gòu)及晶粒中的非平衡邊界層結(jié)構(gòu)，特別有利于研究其組織與性能的關(guān)系等特點(diǎn)并可采用多種變形方法制備界面清潔的納米材料，是今后制備塊體金屬納米材料很有潛力的一種方法。如將此法與粉末冶金及深過冷等技術(shù)相結(jié)合，則可望利用此法制備金屬陶瓷納米復(fù)合材料[21]，并拓寬其所能制備的合金成份范圍。

　　除以上主要方法外，近年來還發(fā)展的有噴霧沉積法、離子注入法等塊體金屬納米材料制備技術(shù)，在此不再一一贅述。

　　2　直接制備塊狀納米晶的潛在技術(shù)

　　2.1　脈沖電流直接晶化法

　　近年來，關(guān)于脈沖電流對金屬凝固組織的影響已屢見報(bào)道：80年代，印度學(xué)者A.K.Mistra首先在Pb68Sb15Sn7共晶及Pb87Sb10Sn3亞共晶合金中通以40mA/cm2的直流電，發(fā)現(xiàn)凝固后組織明顯細(xì)化[25]，M.Nakada等人在Sn85Pb15合金凝固過程中通脈沖電流后，也發(fā)現(xiàn)凝固組織細(xì)化且發(fā)生枝晶向球狀晶轉(zhuǎn)變[26]，J.P.Barnak等研究了高密度脈沖電流對Sn60Pb40和Sn63Pb37合金凝固組織的影響[27]。結(jié)果證實(shí)，脈沖電流可增加過冷度，并可使共晶的晶粒度降低一個(gè)數(shù)量級，且晶粒度隨脈沖電流密度增加而降低。周本濂等不僅在實(shí)驗(yàn)上研究了脈沖電流對合金凝固組織的影響[28]，而且在理論上用經(jīng)典熱力學(xué)和連續(xù)介質(zhì)電動(dòng)力學(xué)對脈沖電流作用熔體的結(jié)晶成核理論和結(jié)晶晶粒尺寸的計(jì)算作了深入研究[29，30]，指出脈沖電流密度達(dá)到0.1GA/m2時(shí)，在理論上可獲得大塊納米晶，按該理論對Sn60Pb40合金進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值基本一致。由于理論上要求的一些金屬納米化的臨界脈沖電流密度在工程上能夠達(dá)到且與實(shí)驗(yàn)值基本符合，加之脈沖電流的快速弛豫特點(diǎn)可限制納米晶粒的長大，使作者相信，隨著脈沖電流對金屬凝固影響機(jī)制的進(jìn)一步研究及實(shí)驗(yàn)裝置的進(jìn)一步完善，超短時(shí)脈沖電流處理在某些合金上有可能使熔體直接冷凝成大塊納米晶材料，并成為直接晶化法制備納米晶材料的潛在技術(shù)之一。

　　2.2　深過冷直接晶化法

　　快速凝固對晶粒細(xì)化有顯著效果的事實(shí)已為人所知。急冷和深過冷是實(shí)現(xiàn)熔體快速凝固行之有效的兩條途徑。急冷快速凝固技術(shù)由于受傳熱過程限制只能生產(chǎn)出諸如薄帶、細(xì)絲或粉體等低維材料而在應(yīng)用上受到較大的限制。深過冷快速凝固技術(shù)，通過避免或清除異質(zhì)晶核而實(shí)現(xiàn)大的熱力學(xué)過冷度下的快速凝固，其熔體生長不受外界散熱條件控制[31]，其晶粒細(xì)化由熔體本身特殊的物理機(jī)制所支配，它已成為實(shí)現(xiàn)三維大體積液態(tài)金屬快速凝固制備微晶、非晶和準(zhǔn)晶材料的一條有效途徑[35]。由于深過冷熔體的凝固組織與急冷快速凝固組織具有很好的相似性[36]并且國外已在Fe-Ni-Al、Pd-Cu-Si[37]等合金中利用急冷快速凝固獲得納米組織，另外，近年來周堯和、楊根倉教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組在Ni-Si-B合金中利用深過冷方法已制備出晶粒尺寸約為200nm的大塊合金，并已探討出多種合金系有效的熔體凈化方法，加之作者近期又在Fe-B-Si系共晶合金中利用深過冷及深過冷加水淬方法成功地制備了幾十～200nm,?11×10(mm)的塊狀納米材料，見圖1a、圖1b所示，因此有理由相信，通過進(jìn)一步研究深過冷晶粒細(xì)化的物理機(jī)制，進(jìn)而為深過冷晶粒的納米化設(shè)想提供理論基礎(chǔ)，同時(shí)研究出各種實(shí)用合金的熔體凈化技術(shù)以及深過冷與其它晶粒細(xì)化技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合制備技術(shù)，深過冷方法可望成為塊體金屬納米材料制備新的實(shí)用技術(shù)。從目前的實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，深過冷晶粒細(xì)化的程度與合金的化學(xué)成分、相變類型、熔體凈化所獲得熱力學(xué)過冷度的大小及凝固過程中的組織粗化密切相關(guān)。為進(jìn)一步提高細(xì)化效果，除精心的設(shè)計(jì)合金的化學(xué)成分之外，發(fā)展更有效的凈化技術(shù)是關(guān)鍵，另外探索深過冷技術(shù)與急冷、塑性變形及高壓技術(shù)等相結(jié)合的復(fù)合細(xì)化技術(shù)，可望進(jìn)一步拓寬深過冷直接晶化法制備納米晶的成分范圍。相信通過今后的不懈努力，該技術(shù)將會(huì)成為塊狀納米晶制備的又一實(shí)用化技術(shù)。

　　3　展望

　　縱觀納米材料的研究發(fā)展，不難看出，納米材料的推廣應(yīng)用關(guān)鍵在于塊體納米材料的制備，而塊體金屬納米材料制備技術(shù)發(fā)展的主要目標(biāo)則是發(fā)展工藝簡單，產(chǎn)量大適用范圍寬，能獲得樣品界面清潔，無微孔隙的大尺寸納米材料制備技術(shù)。其發(fā)展趨勢則是發(fā)展直接晶化法納米晶制備技術(shù)。

　　從實(shí)用化角度來看，今后一段時(shí)間內(nèi)，絕大多數(shù)納米晶樣品的制備仍將以非晶晶化法和機(jī)械合金化法為主，它們發(fā)展的關(guān)鍵是壓制過程的突破。此外在機(jī)械合金化技術(shù)中，尚需進(jìn)一步克服機(jī)械合金化過程中所帶來的雜質(zhì)和應(yīng)力的影響。對于能采用塑性變形等技術(shù)可直接獲得亞微米級晶粒的合金系，拓寬研究系列，研究出與各種合金成分所對應(yīng)的實(shí)用穩(wěn)定的塑性變形及熱處理工藝，并全面進(jìn)行該類納米晶材料的性能研究工作是此類技術(shù)走向?qū)嵱玫漠?dāng)務(wù)之急。

　　從長遠(yuǎn)角度來看，高壓高溫固相淬火、脈沖電流和深過冷直接晶化法以及與之相關(guān)的復(fù)合塊狀納米材料制備技術(shù)及其基礎(chǔ)研究工作，是今后納米材料制備技術(shù)的研究重點(diǎn)。

　　相信隨著塊狀納米材料制備技術(shù)的不斷研究和發(fā)展，在不遠(yuǎn)的將來會(huì)有更多的納米材料問世，并產(chǎn)生巨大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

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　　材料制備技術(shù)論文篇二

　　鎢銅復(fù)合材料制備技術(shù)初探

　　摘 要： 鎢具備高熔點(diǎn)、高密度、高強(qiáng)度、低膨脹系數(shù)等特點(diǎn)，而銅則具備良好的導(dǎo)熱性與導(dǎo)電性。鎢銅復(fù)合材料兼有鎢與銅之優(yōu)點(diǎn)，也就是說具備高密度、良好導(dǎo)熱導(dǎo)電性、小膨脹系數(shù)等有時(shí)，所以被廣泛應(yīng)用于制作電接觸材料以及電極材料。鑒于全球電器業(yè)、電子業(yè)的不斷發(fā)展，對于鎢銅復(fù)合材料的需求數(shù)量也在變得愈來愈大。因此，加強(qiáng)鎢銅復(fù)合材料制備技術(shù)的研究具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。分析鎢銅復(fù)合材料制備技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，

　　著重論述鎢銅復(fù)合材料的制備方法，并探討鎢銅復(fù)合材料制備技術(shù)發(fā)展趨勢。

　　關(guān)鍵詞： 鎢銅復(fù)合材料;制備技術(shù);制備方法

　　中圖分類號：TB331 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597(2012)0210146-02

　　所謂鎢銅復(fù)合材料，是指以高熔點(diǎn)與高硬度的鎢，結(jié)合以高塑性、高導(dǎo)電導(dǎo)熱性的銅粉作為原料，運(yùn)用粉末冶金技術(shù)而制備出來的一種復(fù)合型材料。這種材料具有較高的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，良好的耐電弧侵蝕性與抗熔焊性，較高的強(qiáng)度與硬度等眾多優(yōu)勢，被廣泛地應(yīng)用于開關(guān)電器、電加工電極、電子封裝及高密度合金等產(chǎn)品之中。由于鎢銅復(fù)合材料的運(yùn)用范圍正在變得越來越廣闊，這在客觀上對于鎢銅復(fù)合材料之設(shè)計(jì)與制備提出了新的更高的要求。

　　1 鎢銅復(fù)合材料制備技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

　　鑒于現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，對于鎢銅復(fù)合材料所具有的性能也提出了新的要求，那就是致密度和散熱率要高，導(dǎo)電導(dǎo)熱要好等等。但是，傳統(tǒng)粉末冶金與熔滲法所制備的鎢銅復(fù)合材料已無法滿足以上要求。納米鎢銅復(fù)合材料因?yàn)榫哂斜姸鄠鹘y(tǒng)鎢銅復(fù)合材料所難以比擬的性能。比如，可以提高鎢銅復(fù)合材料的固溶度，極大地提高燒結(jié)的活性，并且降低燒結(jié)的溫度，提升燒結(jié)的致密度，以上這些均將提高鎢銅復(fù)合材料的性能。因?yàn)榧{米技術(shù)在快速發(fā)展，所以在納米鎢銅復(fù)合材料在制備方法上出現(xiàn)了新的突破，比如，功能梯度、劇烈塑性變形等被運(yùn)用在鎢銅復(fù)合材料制備上，使鎢銅復(fù)合材料制備技術(shù)有新的發(fā)展。

　　2 鎢銅復(fù)合材料的制備方法

　　2.1 普通燒結(jié)法

　　這種方法屬于傳統(tǒng)意義上的粉末冶金制備方法。其制備步驟如下：一是要把鎢粉與銅粉進(jìn)行稱量與混合，隨后再壓制成形與燒結(jié)。普通燒結(jié)法的工藝較為簡單，成本偏低，然而這一燒結(jié)方式因?yàn)闇囟容^高，所以容易出現(xiàn)鎢晶粒較為粗大之問題，因而難以獲得成分均勻的那種合金。通過實(shí)施機(jī)械合金化，能夠讓粉末在壓制與燒結(jié)之前得到原子級標(biāo)準(zhǔn)上的均勻與混合。這種在鎢粉中有銅粉存在的一種復(fù)合粉，在稍微高于銅熔點(diǎn)之上的溫度在短時(shí)間內(nèi)燒結(jié)，就能得到94%以上致密度的鎢銅復(fù)合材料，特別是適合低銅含量的鎢銅材料之制備。因?yàn)槌?xì)粉末的表面活性較高，能夠在較低的燒結(jié)溫度上與較短的燒結(jié)時(shí)間條件內(nèi)來得到致密化。把鎢銅粉末的原料在高溫之下進(jìn)行氧化以后，通過三至六個(gè)小時(shí)的高能球磨，再在630℃的條件下還原以得到0.5μm之下均勻分散的一種鎢銅復(fù)合粉。把這種復(fù)合粉在1200℃的高溫?zé)Y(jié)60分鐘之后得到鎢銅合金，致密度達(dá)到了99.5%。因?yàn)槠胀Y(jié)設(shè)備的要求并不夠高，而且工藝相對較為簡單。因此，這一方法所制備的鎢銅材料只能運(yùn)用于對于材料性能要求并不高的一些地方。

　　2.2 熔滲法

　　這一方法的制備步驟如下：先那鎢粉或者添加混有少量引導(dǎo)銅粉的鎢粉制作成為壓坯，隨后在還原氣氛或者真空當(dāng)中，在900℃至950℃的條件之下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，從而得到相當(dāng)強(qiáng)度的多孔鎢骨架。把塊狀銅金屬或者壓制好的銅坯放在多孔鎢骨架之上或者之下，在高于銅熔點(diǎn)之上的溫度實(shí)施的燒結(jié)被稱之為熔滲，而把多孔鎢骨架全部浸沒于熔點(diǎn)比較低的銅熔液之中所得到的致密產(chǎn)品辦法就是熔浸。銅熔液在多孔鎢骨架毛細(xì)管的作用用，通過滲入鎢骨架中的孔隙當(dāng)中，從而形成了銅的網(wǎng)絡(luò)分布。熔滲密度一般的理論密度為97%至98%，由于燒結(jié)骨架當(dāng)中總是會(huì)存在著非常少的封閉孔隙無法為熔滲金屬所填充，而在熔滲之后還可通過冷加工與熱加工進(jìn)一步地提高材料的密度。當(dāng)前，這一種工藝方法已經(jīng)被一些大、中型高壓斷路器與真空開關(guān)鎢基觸頭生產(chǎn)當(dāng)中得到運(yùn)用。但是，熔浸法的工藝技術(shù)難度相對較高，所得到的觸頭材料成分較為均勻，而且性能也比較好。

　　2.3 熱壓燒結(jié)法

　　熱壓燒結(jié)法又被之稱為加壓燒結(jié)法，也就是將粉末裝到模腔之中，并在加壓同時(shí)讓粉末能夠加熱到正常的燒結(jié)溫度或者更低一些的溫度。在通過比較短時(shí)間的燒結(jié)之后，能夠得到致密而且均勻的制成品。熱壓燒結(jié)法是把壓制與燒結(jié)這兩道工序在同時(shí)加以完成，并能在比較低的壓力之下快速得到冷壓燒結(jié)狀態(tài)之下所難以得到的密度。然而，熱壓燒結(jié)工藝對于模具的要求比較高，而且耗費(fèi)比較大，而單件生產(chǎn)的效率又相對較低，所以，在實(shí)際生產(chǎn)中并不是經(jīng)常用到的。比如，在1800℃下的爐膛壓力是18N/mm3，在2h的條件之下獲得的材料理論密度達(dá)到了94.6%，而富銅端的銅含量最高值是22.55vo1%。對于鎢銅復(fù)合材料來說，熱壓燒結(jié)法還需要得到氫氣保護(hù)或者真空燒結(jié)，因此生產(chǎn)的成本比較高。

　　2.4 活化燒結(jié)法

　　一般來說，為了加快鎢銅復(fù)合材料在燒結(jié)當(dāng)中的致密化進(jìn)程，完全可通過添加其他類別的合金元素這種方法來加以實(shí)現(xiàn)。比如，Co與Fe的活化燒結(jié)效果是最好的。究其原因就在于Co與Fe 在銅當(dāng)中的溶解度是有限的，可以和鎢在燒結(jié)時(shí)形成較為穩(wěn)定的中間相，并且形成大量具有高擴(kuò)散性的界面層，并且促進(jìn)固相鎢顆粒之燒結(jié)。對于W-10Cu材料來說，F(xiàn)e或者Co含量在0.35%至0.5%之時(shí)，它的密度、強(qiáng)度與硬度出現(xiàn)了最佳結(jié)果。同時(shí)，加入到活化劑之中的方式具有多樣性。把鎢粉直接加入到含有活化劑離子的鹽溶液當(dāng)中，隨后在低溫之下進(jìn)行烘干，從而能夠得到表面較為均勻的活化劑所覆蓋的鎢顆粒。其后，再對已經(jīng)經(jīng)過化學(xué)涂層處理的粉末壓坯加以燒結(jié)，從而得到了致密度達(dá)到97%的復(fù)合材料。然而，活化劑之加入也就相當(dāng)于引入了雜質(zhì)元素，從而導(dǎo)致材料在導(dǎo)電與導(dǎo)熱之時(shí)的電子散射作用有所增加，而且明顯地使鎢銅復(fù)合材料所具有的熱導(dǎo)性與電導(dǎo)性有所下降。有鑒于此，采取活化燒結(jié)法制備的鎢銅復(fù)合材料所具有的最大不足就是降低了鎢銅材料所具有的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性。然而，因?yàn)檫@一方法較為簡單，而且生產(chǎn)成本偏低，對于一些性能要求相對較低的鎢銅產(chǎn)品依然具有一定的生命力。

　　2.5 注射成形法

　　通過注射成形法所生產(chǎn)出來的鎢銅復(fù)合材料主要有以下兩種方法：其一是運(yùn)用鎢銅混合粉加以注射成形，其后再進(jìn)行直接燒結(jié)。比如，在對納米鎢銅復(fù)合粉實(shí)施注射成形所得到的W-30Cu的主要參數(shù)所進(jìn)行的研究。通過開展實(shí)驗(yàn)，就能得到粉末填充量是體積分?jǐn)?shù)為45%至50%的注射成形坯，而且直接燒結(jié)之后的成品密度要高于96%。其二是首先注射成形鎢坯，隨后再通過熔滲進(jìn)行燒結(jié)，比如，在對質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%、15%、20%的鎢銅材料實(shí)施注射成形，粉末填充量的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到了52%，在經(jīng)過了兩步脫脂之后，在1150℃的高溫下預(yù)燒結(jié)鎢坯30分鐘，最后再在1150℃的高溫下熔滲5分鐘，其中，W-15Cu在熔滲之后的致密度就達(dá)到了99%。對于鎢銅復(fù)合材料而言，通過注射成形的最大優(yōu)勢就在于大批量地生產(chǎn)小型而復(fù)雜的零件或者細(xì)長的棒材。

　　2.6 功能梯度法

　　對于鎢銅功能梯度材料所進(jìn)行的研究，主要來自于傳統(tǒng)均質(zhì)材料所難以滿足的高功率等條件。鎢銅功能梯度材料的一端可以是高熔點(diǎn)與高硬度的鎢或者高鎢含量的鎢銅復(fù)合材料，而另一端則是高導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、可塑性的銅或者較低鎢含量的鎢銅復(fù)合材料，而中間則是成分進(jìn)行連續(xù)變化的一個(gè)過渡層。這樣一來就能較好地緩和因?yàn)殒u和銅的熱性能不相匹配而導(dǎo)致的熱應(yīng)力，這在整體上具有比較好的力學(xué)性質(zhì)與抗燒蝕性、抗熱震性等各種性能。據(jù)報(bào)道，可以運(yùn)用熱等靜壓擴(kuò)散連接等方法，把不同組織的鎢銅復(fù)合材料結(jié)合成為功能梯度材料。同時(shí)，一部分特殊成形工藝也能實(shí)現(xiàn)的成分梯度進(jìn)行分布。比如，進(jìn)行等離子噴涂，開展激光熔覆，實(shí)施電泳沉積與離心鑄造等等。功能梯度之中心在于材料所具有的功能梯度設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，因而可以借助于數(shù)學(xué)計(jì)算方法與計(jì)算機(jī)分析軟件進(jìn)行輔助實(shí)施。

　　2.7 劇烈塑性變形法

　　這種方法完全是近年來逐步地發(fā)展起來的，是一種十分獨(dú)特的運(yùn)用超微粒子，即納米晶、亞微晶等金屬及其合金材料所制備出來的工藝。它在材料當(dāng)中處在相對比較低的溫度環(huán)境之中，一般是低于0.4Tm。在比較大的外部壓力作用之下，可以發(fā)生較為嚴(yán)重的塑性變形，從而實(shí)現(xiàn)材料晶粒尺寸的細(xì)化至亞微米級或者納米量級，這一方法具備十分強(qiáng)烈的細(xì)化晶粒之能力，甚至還能把晶體加工成為非晶體。當(dāng)前，學(xué)術(shù)界研究比較多的劇烈塑性變形法主要有以下方法，比如，累計(jì)軋合的方法、等通道角擠壓的方法、高壓扭轉(zhuǎn)的方法。其中，高壓扭轉(zhuǎn)法的重要裝置由模具與壓頭組合而成，其一端是固定的，而另一端則是運(yùn)動(dòng)的，試樣會(huì)被放置在模具當(dāng)中，其后再靠近壓頭與模具，在數(shù)個(gè)GPa壓力之下進(jìn)行扭轉(zhuǎn)變形。試樣在壓頭旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的剪切力的影響之下，材料沿著半徑方向上的不同位置進(jìn)行晶粒細(xì)化的速率是不一致的，材料邊緣部分的晶粒細(xì)化速率是最快的，在達(dá)到了一定的尺寸之后就不再細(xì)化，材料組織主要是沿著半徑朝中心方向不斷細(xì)化，一直到樣品組織更加地均勻。盡管材料中的心位置理論應(yīng)變量還是零，但是因?yàn)槭艿搅怂闹懿牧现畮?dòng)，其上、下部分也出現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)剪切的變形，所以，中心位置晶粒同樣也被細(xì)化了。通過實(shí)驗(yàn)研究，對于原始鎢晶粒的尺寸是2至10μm，而且晶粒的分布不均勻的W-25%Cu，運(yùn)用高壓扭轉(zhuǎn)的方法。W-25%Cu的試樣直徑達(dá)到了8mm，其厚度則是0.8mm，所施加的壓力是8GPa?？偠灾?dāng)應(yīng)變比較小，即小于等于64之時(shí)，溫度之變化對于顯微結(jié)構(gòu)之影響并不是十分明顯的。一旦應(yīng)變比較大，也就是大于64時(shí)。溫度對于顯微結(jié)構(gòu)之影響也就比較大了。在室溫情況下，當(dāng)應(yīng)變比較小時(shí)，也就是小于等于4時(shí)，只有很少量的鎢晶粒出現(xiàn)了斷裂，并且形成了少量塑性的變形帶。但是，隨著應(yīng)力的不斷增加，這種塑性變形也得到了進(jìn)一步的增加，局部塑性變形帶與鎢顆粒的斷裂也在增加。一旦當(dāng)應(yīng)變增加到64之時(shí)，鎢晶粒就會(huì)被拉長，而且和剪切面形成了一定角度，即0°至20°。雖然復(fù)合材料中顯微組織的均勻性能十分差，然而當(dāng)應(yīng)變增大到了256之時(shí)，所觀察到的晶粒度則是從10 nm至20nm呈現(xiàn)均勻分布狀況的一種鎢銅復(fù)合材料，這時(shí)的晶粒度已達(dá)到了一定程度的飽和，也就是說，即使應(yīng)變還會(huì)繼續(xù)進(jìn)一步地增加，晶粒也不會(huì)再持續(xù)地細(xì)化下去。

　　3 鎢銅復(fù)合材料制備技術(shù)發(fā)展趨勢

　　筆者認(rèn)為，新型鎢銅復(fù)合材料的制備肯定會(huì)朝著更高性能的趨勢發(fā)展下去。雖然一些新技術(shù)因?yàn)樵O(shè)備與成本等各種因素的制約，還處在實(shí)驗(yàn)室研究狀態(tài)之中，尚未真正達(dá)到可以進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)的狀態(tài)，但是這一技術(shù)的發(fā)展前景是可靠的。一是粉末制備技術(shù)。比如，熱氣流霧化與熱化學(xué)法等先進(jìn)的制粉技術(shù)有希望在制備納米鎢銅復(fù)合材料中得到新的突破。前者能夠增長金屬液滴在液相之中的時(shí)間，導(dǎo)致粉末能夠經(jīng)過二次霧化而極大地提升霧化效率，從而容易得到更加細(xì)密的粉末粒度，而后者的優(yōu)勢主要是易于實(shí)現(xiàn)混合粉所具有的高分散性以及超細(xì)化。二是粉末壓制技術(shù)。隨著近年來德國Fraunhofer研究所已經(jīng)制成了流動(dòng)溫壓技術(shù)。這一技術(shù)在傳統(tǒng)冷壓工藝的基礎(chǔ)之上，以相當(dāng)?shù)偷某杀局瞥筛呙芏?、高性能的粉末冶金方法，然而，在關(guān)鍵技術(shù)與工藝上還需要進(jìn)一步加以完善。

　　4 結(jié)束語

　　綜上所述，作為一種十分重要的粉末冶金復(fù)合材料，鎢銅復(fù)合材料因其具備了很多優(yōu)秀性能而倍受關(guān)注，并得到了廣泛的運(yùn)用。但是，在常規(guī)的熔滲與燒結(jié)條件之下，鎢銅復(fù)合材料因?yàn)槭艿搅藘煞N金屬之間互不溶性、低浸潤性等影響，由此而導(dǎo)致其致密化的程度、組織結(jié)構(gòu)的分布、成分、形狀及尺寸控制等均無法實(shí)現(xiàn)理想化的狀態(tài)。鑒于現(xiàn)代科技的進(jìn)一步發(fā)展，一些新型技術(shù)的引進(jìn)，獲得綜合性能更好的高致密性鎢銅復(fù)合材料已經(jīng)具有現(xiàn)實(shí)可能性。筆者堅(jiān)信，這肯定會(huì)進(jìn)一步拓展鎢銅復(fù)合材料的應(yīng)用范圍。

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　　作者簡介：

　　曾鐵初(1969-)，湖南省邵陽人，南昌硬質(zhì)合金有限責(zé)任公司，研究方向：粉末冶金。