鎢銅體系復合材料的微觀結構控制及其性能研究.pdf

1、鎢銅體系復合材料由于結合了金屬鎢的優(yōu)良力學性能、耐腐蝕性能以及金屬銅的高導熱、導電性能而得到了廣泛應用。通常用于航空航天、軍事等領域中大規(guī)模集成電路、大功率微波器件、大功率LED照明系統(tǒng)的電子封裝材料、熱沉材料及電極材料。然而作為一種兩相金屬復合而成的“假合金”，兩種金屬性能差異過大（特別是熔點和熱膨脹系數(shù)）及兩相間潤濕性差，使得致密度高且具有有效結構的鎢銅體系復合材料的制備難度較大，優(yōu)良的綜合性能難以獲得。
　　為此，本文在已有

2、文獻結果和前期實驗基礎上，通過化學鍍包覆工藝在指定區(qū)域添加微量的活化燒結劑來降低鎢銅體系復合材料的燒結難度，以低溫制備致密的鎢銅體系復合材料；其次通過有機物摻碳及高溫熱處理陶瓷化方法在鎢銅的界面處添加微量過渡相并控制物相結構來改善界面熱傳導，以提高鎢銅體系復合材料的熱學性能。論文具體研究了高純、定量復合包覆粉體的結構與物相，以及鎢銅體系復合材料的低溫致密化、微觀結構及各項性能。
　　論文首先研究了Ag-Cu/W體系復合材料的低溫致

3、密化及其結構與性能，研究結果表明：Cu@W復合粉體的純度較高，Ag@Cu復合粉體在氣氛爐中進行H2氣氛熱處理后，雜質相Cu2O消失；采用包覆方法添加的燒結助劑Ag與基體相Cu在Cu顆粒表面形成微量的Ag-Cu固溶體，依靠毛細管力填充銅相基體之間的空隙，極大降低了Ag-Cu/W體系復合材料的燒結難度，從而實現(xiàn)了Ag-Cu/W體系復合材料的低溫致密化，同時Ag微量的添加保證了熱導率不會因為大量固溶體的生成而有所惡化，單質Ag的存在有利于電導

4、率的提高。當Ag添加含量為2％，燒結溫度為850℃時，Ag-Cu/W體系復合材料的致密度達到98.47%，密度為15.48g?cm-3，熱導率為227.4W/(m·K)，電導率為52.4%IACS。
　　其次，論文研究了WxC-W/Cu體系復合材料的界面強化及其結構與性能，研究結果表明：Cu@WxC@W復合包覆粉體的鎢銅界面處C元素含量明顯高于兩側，說明鎢銅界面處存在著明顯的過渡層；當C@W粉體的二次熱處理溫度為1050℃時，界面

5、過渡相為WC和W2C的混合物相，當二次熱處理溫度為1200℃時，界面過渡相的W2C相明顯減少，以WC相為主；在850℃-100MPa-2h的燒結制度下獲得了WxC-W/Cu體系復合材料，燒結體中界面過渡層主要存在于鎢銅兩相的界面之間，隨機分布在鎢顆粒的周圍。當二次熱處理溫度為1200℃，界面過渡相以WC相為主時，WxC-W/Cu體系復合材料的熱導率有了明顯的提高，熱導率的提高得益于界面物相、結構、性能的改善，同時研究結果表明過渡層的含量