专利名称：一种纳米钨铜复合粉的制备方法
技术领域：
本发明涉及钨铜复合材料，特别提供了一种纳米钨铜复合粉的制备方法。
钨铜复合材料具有优良的抗电弧烧蚀特性，是电触头和电极的主要材料，它还是一种性能优良的低膨胀、高热导复合材料，可用作微电子封装材料及集成电路的热导片。此外钨铜复合材料具有良好的抗热震、抗烧蚀和抗高温气蚀的特性，成功用于复合式火炮喷管及3000℃以上，气速高达1000m/s，且经受固体颗粒冲刷的火箭喷嘴上。
理想的钨铜复合材料应具有高致密度(大于98％)，高成分均匀性，高强度的特点。目前钨铜复合材料的制备均采用粉末冶金法，即液相烧结法和熔浸法。液相烧结法工序简单，但由于钨铜比重差别较大难以均匀混合，使制成品的化学成分不均匀，烧结密度低，虽加入活化剂可提高密度、硬度，但将显著降低钨铜复合材料的电导、热导性能。熔浸法可使钨铜具有较好的导电、导热性能，但所需烧结温度高，时间长，且在熔浸烧结时，液相铜仅靠钨骨架空隙的毛细管作用渗入，铜凝固相分布粗大且不均匀。对钨铜系而言，在常规熔浸、液相烧结条件下，二相相互浸润性较差，钨在液相铜中几乎不溶解，致密化过程仅靠在液相作用下的颗粒重排。因此，致密化速度缓慢，致密化程度低。因此，传统的两种制备方法都难以满足理想钨铜复合材料的要求。
本发明的目的在于提供一种纳米钨铜复合粉的制备方法，该方法可直接制备出纳米级钨铜均匀混合的复合粒子，而且原料便宜，工艺简单，设备投资少，适用于工业化生产。
本发明提供了一种纳米钨铜复合粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤1)将可溶性的钨、铜盐溶于溶剂中制成前驱体溶液；2)将前驱体溶液雾化干燥成前驱体粉末，要求粉末粒度30～50μm，含水量≤5wt.％；3)将前驱体粉末通过焙烧除去可溶性盐中的其它离子制成中间体氧化物粉末，焙烧在空气、氧气、惰性气体或它们之间的混合气氛下进行，焙烧温度500～700℃，焙烧时间1～4小时；4)将氧化物粉末在还原性气氛下通过热化学反应制成纳米钨铜复合粉体，还原性气氛为氢、氨、一氧化碳或者其混合气，还原温度700～900℃，还原时间1～3小时。
本发明纳米钨铜复合粉的制备方法中，所述溶剂包括水、稀酸、稀碱及乙醇、丙酮、甲醇、己烷、苯、四氯乙烷有机溶剂。
本发明纳米钨铜复合粉的制备方法中，所述可溶性含铜化合物包括任何可溶于溶剂的无机盐或有机盐，如氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、碳酸铜、溴化铜、硒酸铜、亚硝酸铜、醋酸铜、碱性醋酸铜、松香酸铜、乳酸铜、苯甲酸铜、苯酚磺酸铜、蓖麻酸铜；所述可溶性含钨化合物包括任何可溶于溶剂的无机或有机化合物，如钨酸、钨酸氨、钨酸乙二醇、六羰基化钨。
本发明纳米钨铜复合粉的制备方法中，所述溶剂首选水、稀酸、稀碱；所述可溶性含铜化合物首选氯化铜、硝酸铜、硫酸铜；所述可溶性含钨化合物首选钨酸、钨酸氨。
本发明纳米钨铜复合粉的制备方法中，所述雾化干燥是一种常规的方法，即将溶液雾化成极细的液滴，然后在热空气或保护气体下将溶剂蒸发制得粒子的方法。具体工艺参数依设备不同，要求不同，要进行相应的调节，所用的设备包括离心式或压力式雾化干燥机。
本发明纳米钨铜复合粉的制备方法中，所述热化学反应是在固定床或者流动床中并在流动气体保护气氛下对中间体粉末进行热处理的一种工艺过程，所用的设备包括管式炉、旋转炉、井式炉、窑炉、履带式等气氛保护炉。
本发明通过选择适当的可溶性钨盐和铜盐，然后将它们溶于溶剂中制成前驱体溶液，使钨铜元素在分子量级均匀混合。经雾化干燥技术将前驱体溶液制成前驱体粉末。该前驱体粉末经焙烧后，形成钨铜氧化物的中间体粉末。该中间体粉体经还原后得到表面活性很大的纳米钨铜粉末，该粉末具有良好的成型和烧结特性，仅经低温固相烧结后，即可得到较高密度、成分均匀的钨铜复合材料，例如在1200℃烧结半小时，即可得到密度99.9％以上块体钨铜材料。而且，由于无活化剂，导热、导电性能均不受影响。由此可见，雾化干燥技术制备纳米钨铜复合粉末具有工艺简单、成分均匀且可调，成本低廉等特点，所制得的粒子经注射成型还可制备各种形状复杂的产品。下面通过实施例详述本发明。
附
图1为实施例1制得纳米钨铜复合粉末电镜照片；附图2为实施例1制得纳米钨铜复合粉末粒度分布；附图3为实施例1制得纳米钨铜复合粉末x-射线衍射图本发明所有实施例均按下述具体的工艺过程进行1.将可溶性的钨、铜盐和助溶剂等添加剂溶于溶剂中制成前驱体溶液使钨、铜元素在分子水平上均匀混合；通过加温加压使钨铜互溶，这一阶段还可用搅拌器进行辅助。2.将前驱体溶液送至自制的离心式雾化器内，进料速度20-30毫升/分钟，雾化器的转速是35000转/分钟，进口温度300℃，出口温度160℃，即可得到极细的前驱体颗粒3.在箱式炉中，在一定的气氛下，焙烧前驱体粉末，使其它的阴离子挥发分解，得到化学成分较简单的化合物中间体粉末4.在还原性气氛下将中间体粉末加热到700-900℃，直接得到纳米级的钨铜复合粒子。
实施例1将150克AMT粉和100克硝酸铜粉末溶于500毫升的水溶液中，配置成前驱体溶液.，然后将其输入雾化器中雾化，将制得的前驱体粉末移至箱式炉中，在750℃下焙烧2小时，得到黄色的中间体粉末。将中间体粉末移至管式炉中，在氢气的气氛下，在700℃的条件下还原1小时，即可得到纳米级的含铜20％钨铜复合粉末。纳米钨铜复合粉末电镜照片见图1，粉末粒度分布见图2，粉末x-射线衍射图见图3。
实施例2将55克AMT粉和100克硝酸铜粉末溶于500毫升的水溶液中，配置成前驱体溶液，然后将其输入雾化器中雾化，将制得的前驱体粉末移至箱式炉中，在750℃下焙烧2小时，得到黄色的中间体粉末。将中间体粉末移至管式炉中，在氢气的气氛下，在700℃的条件下还原1小时，即可得到纳米级的含铜40％钨铜复合粉末。
实施例3将85克AMT粉和100克硝酸铜粉末溶于500毫升的水溶液中，配置成前驱体溶液，然后将其输入雾化器中雾化，将制得的前驱体粉末移至箱式炉中，在空气中750℃下焙烧2小时，得到黄色的中间体粉末。将中间体粉末移至管式炉中，在氢气的气氛下，在700℃的条件下还原1小时，即可得到纳米级的含铜30％钨铜复合粉末。
实施例4将330克AMT粉和100克硝酸铜粉末溶于500毫升的水溶液中，配置成前驱体溶液，然后将其输入雾化器中雾化，将制得的前驱体粉末移至箱式炉中，在750℃下焙烧2小时，得到黄色的中间体粉末。将中间体粉末移至管式炉中，在氢气的气氛下，在700℃的条件下还原1小时，即可得到纳米级的含铜10％钨铜复合粉末。
权利要求
1.一种纳米钨铜复合粉的制备方法，其特征在于包括以下步骤1)将可溶性的含钨、铜化合物溶于溶剂中制成前驱体溶液；2)将前驱体溶液雾化干燥成前驱体粉末，要求粉末粒度30～50μm，含水量≤5wt.％；3)将前驱体粉末通过焙烧除去可溶性盐中的其它离子制成中间体氧化物粉末，焙烧在空气、氧气、惰性气体或它们之间的混合气氛下进行，焙烧温度500～700℃，焙烧时间1～4小时；4)将氧化物粉末在还原性气氛下通过热化学反应制成纳米钨铜复合粉体，还原性气氛为氢、氨、一氧化碳或者其混合气，还原温度700～900℃，还原时间1～3小时。
2.按照权利要求1所述纳米钨铜复合粉的制备方法，其特征在于所述溶剂包括水、稀酸、稀碱及乙醇、丙酮、甲醇、己烷、苯、四氯乙烷有机溶剂。
3.按照权利要求1或2所述纳米钨铜复合粉的制备方法，其特征在于所述可溶性含铜化合物包括任何可溶于溶剂的无机盐或有机盐，如氯化铜、硝酸铜、硫酸铜、碳酸铜、溴化铜、硒酸铜、亚硝酸铜、醋酸铜、碱性醋酸铜、松香酸铜、乳酸铜、苯甲酸铜、苯酚磺酸铜、蓖麻酸铜；所述可溶性含钨化合物包括任何可溶于溶剂的无机或有机化合物，如钨酸、钨酸氨、钨酸乙二醇、六羰基化钨。
4.按照权利要求3所述纳米钨铜复合粉的制备方法，其特征在于所述溶剂首选水、稀酸、稀碱。
5.按照权利要求4所述纳米钨铜复合粉的制备方法，其特征在于所述可溶性含铜化合物首选氯化铜、硝酸铜、硫酸铜；所述可溶性含钨化合物首选钨酸、钨酸氨。
6.按权利要求1所述纳米钨铜复合粉的制备方法，其特征在于所述雾化干燥是将溶液雾化成极细的液滴，然后在热空气或保护气体下将溶剂蒸发制得粒子的方法，所用的设备包括离心式或压力式雾化干燥机。
7.按权利要求1所述纳米钨铜复合粉的制备方法，其特征在于所述热化学反应是在固定床或者流动床中并在流动气体保护气氛下对中间体粉末进行热处理的一种工艺过程，所用的设备包括管式炉、旋转炉、井式炉、窑炉、履带式等气氛保护炉。
全文摘要
一种纳米钨铜复合粉的制备方法，首先将可溶性的含钨、铜化合物溶于溶剂中制成前驱体溶液；将前驱体溶液雾化干燥成前驱体粉末；将前驱体粉末通过焙烧除去可溶性盐中的其它离子制成中间体氧化物粉末；将氧化物粉末在还原性气氛下通过热化学反应制成纳米钨铜复合粉体。本发明可直接制备出纳米级钨铜均匀混合的复合粒子，而且原料便宜，工艺简单，设备投资少，适用于工业化生产。
文档编号B22F9/16GK1393310SQ0111412
公开日2003年1月29日 申请日期2001年6月22日 优先权日2001年6月22日
发明者杨明川, 徐坚, 卢柯 申请人:中国科学院金属研究所