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1、(10)申请公布号 CN 102161097 A (43)申请公布日 2011.08.24 CN 102161097 A *CN102161097A* (21)申请号 201110031823.7 (22)申请日 2011.01.29 B22F 9/00(2006.01) B22F 3/16(2006.01) B23H 1/04(2006.01) (71)申请人 中南大学 地址 410083 湖南省长沙市岳麓区麓山南路 932 号 (72)发明人 范景莲 刘涛 田家敏 成会朝 高杨 (74)专利代理机构 长沙市融智专利事务所 43114 代理人 黄美成 (54) 发明名称 一种新型细晶钨铜电极。
2、材料的制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种新型细晶钨铜电极材料的 制备方法， 其特征在于， 包括以下步骤 ： 步骤 1 ： 选 择钨盐和铜盐， 采用溶胶 - 喷雾干燥 - 多步氢还 原方法获得超细 W-Cu 复合粉末 ； 步骤 2 ： 在超细 W-Cu 复合粉末中添加 0.2-3.0wt的低分子有机 物， 再将复合粉末压制成电极压坯 ； 步骤 3 ： 将电 极压坯在 800-1000预烧， 最后在 1250-1400 下烧结得到高导热导电的 W-Cu 电极材料。本发 明制备的 W-Cu 电极材料致密度在 98.5-99.5， 组织均匀且细小， 晶粒度在 1m 以下， 电导率为 25-30。
3、MS/m(IACS 为 43-52)， 热导率为 200-250W/ (mk)， 本发明烧结工艺简单， 导电导热性能好。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 CN 102161098 A1/1 页 2 1. 一种新型细晶钨铜电极材料的制备方法， 其特征在于， 包括以下步骤 ： 步骤 1 ： 选择钨盐和铜盐， 采用溶胶 - 喷雾干燥 - 多步氢还原方法获得超细 W-Cu 复合 粉末， 所述的超细 W-Cu 复合粉末中， Cu 质量含量为 20-30， 余量为 W ； 步骤2 ： 在超细W-Cu复合粉末中添加0.2。
4、-3.0wt的低分子有机物， 再将添加有低分子 有机物的超细 W-Cu 复合粉末压制成电极压坯 ； 步骤3 ： 将电极压坯在800-1000预烧， 最后在1250-1400下烧结得到高导热导电 的 W-Cu 电极材料。 2. 根据权利要求 1 所述的新型细晶钨铜电极材料的制备方法， 其特征在于， 所述的预 烧时间为 1-3h ； 所述的烧结时间为 0.5-3h。 3.根据权利要求1或2所述的新型细晶钨铜电极材料的制备方法， 其特征在于， 所述的 低分子有机物为 ： 石蜡、 聚乙二醇、 硬脂酸、 聚乙烯醇中的一种或几种。 权 利 要 求 书 CN 102161097 A CN 102161098。
5、 A1/3 页 3 一种新型细晶钨铜电极材料的制备方法 技术领域 0001 本发明属于纳米材料领域和粉末冶金领域， 涉及一种新型细晶钨铜电极材料的制 备方法。本发明所制备的细晶钨铜电极材料特别适合用于电火花加工用电极材料， 也可用 于其它需要导电导热性好的场合。 技术背景 0002 W-Cu 复合材料具有 W 和 Cu 的优点， 其密度高、 热膨胀系数低， 导性好、 导热性好以 及良好的抗电弧烧蚀性能， 广泛用作电极材料。 0003 传统的 W-Cu 电极材料方法一般为高温液相绕结法和熔渗法。采用高温液相烧结 所制备合金材料的密度只有 94-95左右， 添加 Ni、 Co 等活化剂采用活化液相。
6、烧结， 可以使 致密度达到 98-99， 但对合金的导电性和导热性能有不利的影响。熔渗法是先制备钨骨 架， 然后将 Cu 熔渗到钨骨架孔隙中， 虽然该种方法比高温液相烧结法所制备的材料的导电 导热性要好， 但熔渗法限制了合金的成分和零部件的尺寸、 形状， 同时显微组织结构粗大， Cu 容易渗出和分布不均匀， 影响材料的导电导热性能和材料的变形加工性能。 0004 近年来， 随着机械加工技术不断向高精度和高复杂度水平发展， 对机械加工用钨 铜电极材料的提出了更高的性能要求， 要求材料具有 ： (1) 很低的气体含量和很高的致密 度 ； (2)良好的组织均匀性 ； (3)更高的导热和导电性能 ； 。
7、(4)更高的抗电弧烧蚀性。 但这些 特殊的要求使传统方法制备的钨铜材料已难以满足。 0005 利用纳米复合技术制备超细 / 纳米 W-Cu 复合粉末可以在很大程度上缓解 W 和 Cu 的相溶性， 从而在烧结性能方面得到改善。本专利发明人在前阶段已申请和获得了一 项国家发明专利 “细晶钨铜复合材料的制备方法” ( 专利号 ： ZL03143145.3)， 在该发明中， 将 W 和 Cu 元素粉末采用机械合金化制备纳米晶复合粉末， 将粉末成型和一步烧结制备密 度大于 98， 晶粒度为 1-2m 的 W-Cu 复合材料。与传统方法相比， 该发明在材料致密 度方面取得了很大的进步， 但采用机械合金化工。
8、艺， 粉末成型性差， 更重要的是容易引入 其它夹杂而降低材料的导热导电性能。针对机械合金化在制备超细 / 纳米 W-Cu 复合粉 末方面存在的问题， 本专利发明人发明了 “一种超细钨铜复合粉末的制备方法” ( 专利号 ： ZL200510031446.1)， 在该发明中， 采用溶胶 - 喷雾热还原 - 两步氢还原的方法制备出铜含 量在40-60的超细/纳米W-Cu复合粉末， 该粉末成型后能在低温下一步烧结致密化， 其材 料致密度在 99以上， 晶粒度在 1m 以下。与机械合金化方法相比， 该发明的粉末成型性 好， 而且粉末杂质含量少， 但是由于复合粉末中 Cu 含量较高， 导致烧结后的 W-C。
9、u 复合材料 抗电弧烧蚀性能差， 特别是用作机械加工用电极材料时， 该方法制备的W-Cu材料中的Cu很 容易被电弧烧蚀熔化和挥发， 从而造成加工后的产品尺寸和表面精度差， 不利于制备高性 能的 W-Cu 电极材料。 发明内容 0006 本发明所要解决的技术问题是提出一种新型细晶钨铜电极材料的制备方法， 以满 说 明 书 CN 102161097 A CN 102161098 A2/3 页 4 足电极用钨铜材料的高致密、 高组织均匀性、 高导热导电性和良好的抗电弧烧蚀性要求。 本 发明制备工艺简单、 对设备温度要求低， 可以实现大规模化的工业生产。 0007 本发明的技术解决方案如下 ： 000。
10、8 一种新型细晶钨铜电极材料的制备方法， 其特征在于， 包括以下步骤 ： 0009 步骤1 ： 选择钨盐和铜盐， 采用溶胶-喷雾干燥-多步氢还原方法获得超细W-Cu复 合粉末， 所述的超细 W-Cu 复合粉末中， Cu 质量含量为 20-30， 余量为 W ； 0010 步骤2 ： 在超细W-Cu复合粉末中添加0.2-3.0wt的低分子有机物， 再将添加有低 分子有机物的超细 W-Cu 复合粉末压制成电极压坯 ； 0011 步骤3 ： 将电极压坯在800-1000预烧， 最后在1250-1400下烧结得到高导热 导电的 W-Cu 电极材料。 0012 所述的预烧时间为 1-3h ； 所述的烧结。
11、时间为 0.5-3h。 0013 所述的低分子有机物为 ： 石蜡 (PW)、 聚乙二醇 (PEG)、 硬脂酸 (SA)、 聚乙烯醇中的 一种或几种。 0014 有益效果 ： 0015 (1) 本发明的 W-Cu 电极材料组织细小且均匀， 晶粒度在 1m 以下， 具有良好的导 电和导热性能， 热导率为 200-250W/(m K)， 电导率为 25-30MS/m(IACS 为 43-52)， 非常适合 制备机械加工用电极材料。本发明制备的 W-Cu 电极材料致密度在 98.5-99.5。 0016 (2) 本发明采用纳米复合技术提高了 W-Cu 复合粉末的烧结性能， 使得烧结后的 W-Cu 复合。
12、材料的致密度大大提高 ； 采用超细 W-Cu 复合粉末制备细晶 W-Cu 复合材料， 提高 了烧结后材料的组织均匀性， 进而提高 W-Cu 材料的导热导电性能。 0017 具体实施方式 0018 以下将结合图和具体实施过程对本发明做进一步详细说明 ： 0019 实施例 1 ： 0020 (1) 采用溶胶 - 喷雾干燥 - 多步氢还原技术制备超细 W-30Cu 复合粉 ( 该步骤为 现有技术， 详见 ZL200510031446.1) ； 先称取 125g 硝酸铜、 103g 偏钨酸铵和 2.0g 聚乙二 醇 -400 溶于 770g 水， 配置成晶体浓度为 20wt混合溶胶， 将溶胶进行喷雾干。
13、燥， 得到钨 铜氧化物混合粉末前驱体， 再在空气中将粉末前驱体煅烧， 煅烧温度为 300， 煅烧时间为 90min， 得到 W-30Cu 的超细 / 纳米钨铜复合氧化物粉末， 最后在 H2气氛下将超细钨铜复合 氧化物粉末分别在 200和 750下各还原 1h， 得到粒度在 200nm 以下的超细 W-30Cu 复合 说 明 书 CN 102161097 A CN 102161098 A3/3 页 5 粉。超细的尺寸是指尺寸在 0.5m 范围内 ； 0021 (2) 在 (1) 中的超细 W-30Cu 复合粉末中添加 0.2wt硬脂酸 【百分数 0.2wt指 加入物占加入物加入前的复合粉末的重量。
14、百分比， 下同】 ， 然后在200MPa的压力下冷等静压 压制成 8mm 的棒状电极压坯， 压坯在 950预烧 1h， 最后在 1250烧结 1.5h 后得到棒状 的 W-30Cu 电极材料， 该材料致密度在 99.0以上， 且组织细小、 均匀， 晶粒度在 1m 以下， 材料导热率达到 220-250W/(mK)， 导电率达到 27-30MS/m(IACS ： 46.6-51.7， IACS 是相对 电导率， 其计算方法是样品导电率与退火态纯紫铜导电率的比值乘以 100)。 0022 实施例 2 ： 0023 (1) 采用溶胶 - 喷雾干燥 - 多步氢还原技术制备超细 W-27Cu 复合粉 ；。
15、 ( 该步骤为 现有技术， 详见 ZL200510031446.1) 0024 (2) 将 (1) 中的超细 W-27Cu 复合粉末直接在 220MPa 的压力下冷等静压压制成 12mm 的棒状电极压坯， 压坯在 980预烧 1.5h， 最后在 1280烧结 2.0h 后得到棒状的 W-27Cu 电极材料， 该材料致密度在 99.0以上， 且组织细小、 均匀， 晶粒度在 1m 以下， 材 料导热率达到 210-240W/(mK)， 导电率达到 27-29MS/m(IACS ： 46.6-50)。 0025 实施例 3 ： 0026 (1) 采用溶胶 - 喷雾干燥 - 多步氢还原技术制备超细 W。
16、-25Cu 复合粉 ； ( 该步骤为 现有技术， 详见 ZL200510031446.1) 0027 (2) 在 (1) 中的超细 W-25Cu 复合粉末中添加 0.5wt的石蜡， 再在 280MPa 压力 下模压压制成 10mm10mm20mm 的条状电极压坯， 成坯在 850预烧 1h， 最后在 1300 烧结 2h 后得到条状的 W-25Cu 复合材料， 该材料致密度在 99.0以上， 且组织细小、 均匀， 晶粒度在 1m 以下， 材料导热率达到 210-230W/(mK)， 导电率达到 26-28MS/m(IACS ： 44.8-48.3)。 0028 实施例 4 ： 0029 (1)。
17、采用溶胶-喷雾干燥-多步氢还原技术制备超细W-20Cu复合粉(该步骤为现 有技术， 详见 ZL200510031446.1) ； 0030 (2) 在 (1) 中的超细 W-20Cu 复合粉末中添加 0.6wt的聚乙二醇， 再在 300MPa 下模压成 30mm30mm5mm 的板状电极压坯， 压坯在 900预烧 1.5h， 最后在 1350烧 结 1.5h 后得到板状的 W-20Cu 电极材料， 该材料致密度在 98.5以上， 且组织细小、 均匀， 晶粒度在 1m 以下， 材料导热率达到 200-220W/(mK)， 导电率达到 25-27MS/m(IACS ： 43.1-46.6)。 00。
18、31 实施例 5 ： 0032 (1)采用溶胶-喷雾干燥-多步氢还原技术制备超细W-20Cu复合粉(该步骤为现 有技术， 详见 ZL200510031446.1) ； 0033 (2) 在 (1) 中的超细 W-20Cu 复合粉末中添加 1.5wt的低分子有机物混合物 ( 其混合物成分为 60wt石蜡 +30wt聚乙二醇 +10wt硬脂酸 )， 再在 260MPa 下模压成 200mm50mm10mm 的板状电极压坯， 压坯在 900预烧 3.0h， 最后在 1350烧结 2.5h 后 得到板状的 W-20Cu 电极材料， 该材料致密度在 98.5以上， 且组织细小、 均匀， 晶粒度在 1m 以下， 材料导热率达到 200-220W/(mK)， 导电率达到 25-27MS/m(IACS ： 43.1-46.6)。 说 明 书 CN 102161097 A 。