一种纳米钨铜复合材料及其制备方法
【专利摘要】一种纳米钨铜复合材料及其制备方法，涉及材料【技术领域】，复合材料包括基体材料和表面涂层，基体材料为钨铜合金，其中在钨粉表面包覆有一层纳米铜粒子层，纳米铜粒子层的厚度为50-200nm；表面涂层为树脂涂层，其包括以下质量含量的各个组分：环氧树脂30-50份、纳米氧化钛4-9份；纳米氧化锌3-8份；固化剂3-9份。纳米钨铜复合材料的制备方法，包括化学气相沉积法和涂覆表面涂层材料。本发明提供的纳米钨铜复合材料，制备的钨铜合金较为纯净，合金基体材料的致密度较高；化学稳定性较高，具有较好的耐久性和耐受性，能够长期使用；材料的力学和电学性能得到提升，达到优良水平，适合作为电极材料或其他电子材料。
【专利说明】一种纳米钨铜复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料【技术领域】，特别涉及一种金属基体复合材料及该复合材料的制备 方法。
【背景技术】
[0002] 钨铜复合材料具有良好的导电导热性、低的热膨胀系数而被广泛地用作电接触材 料、电子封装和热沉材料。采用纳米粉末制备的纳米钨铜复合材料具有非常优越的物理力 学性能。
[0003] 由于钨与铜的互不相溶性决定了钨铜复合材料制备的特殊性。鉴于纳米颗粒具有 特殊性能和很大的活性，纳米钨铜复合材料的制备尤为特殊。其制备方法，目前有四种： (1)混合压制烧结法。这是种传统的粉末冶金方法。首先，将钨粉和铜粉按一定的比例 配料，然后进行混合，混合后进行成形、烧结。
[0004] (2)熔渗法。将钨粉或者添加混合有少量铜粉的钨粉制成压坯，并将熔渗金属铜与 钨压坯叠置在一起。然后在还原气氛或真空中，在高于铜熔点的温度下烧结。在烧结过程 中，依靠毛细管作用使熔融的铜渗入钨骨架。
[0005] (3)活化烧结。在W、Cu系中加入少量&)、附、1^、？(1，能起到活化作用。随着活化 剂的增加，活化烧结性能提高。但活化剂的加入对钨铜合金的热导、电导性有很大的损害， 因而不适合热控、电控应用方面的材料。
[0006] (4)热压-烧结。采用加压烧结或烧结后的二次加工技术，可获得优异的性能。采 用锤锻或冷热轧制方法对W、Cu复合材料二次加工，可极大地提高材料密度。
[0007] 申请号为201310555517. 2的专利文献"一种钨铜合金制备方法"公开了一种钨铜 合金的制备方法，步骤如下：按钨粉：铜粉质量比为7(Γ30 :30~70,取直径为0. 8~1. 5um的 钨粉和直径50um的铜粉；转速150rpm下球磨混合粉末2. 5小时；在压力为15(T600MPa下， 将混合粉末冷压成坯后封入钢套并焊合，包套厚度为5~10_ ;以30°C /min的升温速度，在 110(Tll50°C下，保温30min，轧制成钨铜合金。由此可知，该方法是较为传统的方法，将钨铜 混合成型后烧结，其性能受到该工艺的影响，也不甚理想。
[0008]
【发明内容】
本发明解决的技术问题：针对上述不足，克服现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一 种纳米钨铜复合材料及其制备方法。
[0009] 本发明的技术方案：一种纳米钨铜复合材料，包括基体材料和表面涂层， 基体材料为钨铜合金，其中在钨粉表面包覆有一层纳米铜粒子层，纳米铜粒子层的厚 度为 50_200nm ; 表面涂层为树脂涂层，其包括以下质量含量的各个组分：环氧树脂30-50份、纳米氧化 钛4-9份；纳米氧化锌3-8份；固化剂3-9份。
[0010] 作为优选，所述固化剂为低分子聚酰胺固化剂。
[0011] 一种纳米钨铜复合材料的制备方法，制备步骤如下： (1) 取平均粒径为0. 5-lum的钨粉，干燥后进行化学气相沉积反应，以六氟乙酰丙酮合 铜为前驱体，反应温度350-700°C，原料蒸发温度为130-220°C，通入氢气，以氩气为保护气 体，然后进行化学气相沉积，反应室旋转速率30-60r/min，时间5-20min，结束之后待冷却 至室温，取出； (2) 将包覆后的粉体放入模具中进行高温煅烧，待冷却至室温后取出，干燥，制备得到 鹤铜合金； (3 )将表面涂层的各个组分混合在一起，搅拌均匀之后涂覆于钨铜合金之上，放入真空 环境下静置3-7h，即得到纳米钨铜复合材料。
[0012] 作为优选，将步骤（1)氢气的气体流量为10-40sccm。
[0013] 作为优选，将步骤（1)氩气的气体流量为10-50sccm。
[0014] 作为优选，将步骤（4)中高温煅烧的温度为1100-1300°C。
[0015] 作为优选，将步骤（4)中高温煅烧的时间为3-6h。
[0016] 有益效果：本发明提供的纳米钨铜复合材料，有别于现有技术的制备方法，而是采 用了化学气相沉积技术制备纳米钨铜合金。
[0017] 首先，以六氟乙酰丙酮合铜为铜的前驱体，通过六氟乙酰丙酮合铜的热分解，将铜 粒子沉积在钨粉表面，形成一层纳米铜粒子层； 然后，将包覆有纳米铜粒子层的钨粉进行烧结成型，制备出纳米钨铜合金； 最后，在纳米钨铜合金表面，涂覆一层树脂层，以提钨铜合金的稳定性。
[0018] 本发明提供的纳米钨铜复合材料，具有以下优势： (1)制备的钨铜合金较为纯净，合金基体材料的致密度较高。
[0019] (2)化学稳定性较高，具有较好的耐久性和耐受性，能够长期使用。
[0020] (3)材料的力学和电学性能得到提升，达到优良水平。
[0021] 因此，本发明提供的纳米钨铜复合材料具有优越的电学性能，适合作为电极材料 或其他电子材料。
【具体实施方式】
[0022] 为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是 应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的 限制。
[0023] 实施例1 : 一种纳米钨铜复合材料,包括基体材料和表面涂层， 基体材料为钨铜合金，其中在钨粉表面包覆有一层纳米铜粒子层 表面涂层为树脂涂层，其包括以下质量含量的各个组分：环氧树脂30份、纳米氧化钛4 份；纳米氧化锌3份；低分子聚酰胺固化剂3份。
[0024] 根据本发明提供的制备方法制备纳米钨铜复合材料，步骤如下： (1)取平均粒径为Ium的钨粉，干燥后进行化学气相沉积反应，以六氟乙酰丙酮合铜 为前驱体，反应温度550°C，原料蒸发温度为170°C，通入氢气，氢气的气体流量为3〇SCCm， 以氩气为保护气体，氩气的气体流量为2〇 Sccm，然后进行化学气相沉积，反应室旋转速率 30r/min，时间lOmin，结束之后待冷却至室温，取出； 经检测，纳米铜粒子层的厚度为80nm ; (2)将包覆后的粉体放入模具中进行高温煅烧，温度1250°C，时间4h，煅烧结束后待冷 却至室温后取出，干燥，制备得到钨铜合金； (3 )将表面涂层的各个组分混合在一起，搅拌均匀之后涂覆于钨铜合金之上，放入真空 环境下静置5h，即得到纳米钨铜复合材料。
[0025] 实施例2 : 一种纳米钨铜复合材料,包括基体材料和表面涂层， 基体材料为钨铜合金，其中在钨粉表面包覆有一层纳米铜粒子层 表面涂层为树脂涂层，其包括以下质量含量的各个组分：环氧树脂50份、纳米氧化钛9 份；纳米氧化锌8份；低分子聚酰胺固化剂9份。
[0026] 根据本发明提供的制备方法制备纳米钨铜复合材料，步骤如下： (1) 取平均粒径为Ium的钨粉，干燥后进行化学气相沉积反应，以六氟乙酰丙酮合铜 为前驱体，反应温度600°C，原料蒸发温度为160°C，通入氢气，氢气的气体流量为30sccm， 以氩气为保护气体，氩气的气体流量为4〇 Sccm，然后进行化学气相沉积，反应室旋转速率 40r/min，时间IOmin,结束之后待冷却至室温，取出； 经检测，纳米铜粒子层的厚度为90nm ; (2) 将包覆后的粉体放入模具中进行高温煅烧，温度1250°C，时间5h，煅烧结束后待冷 却至室温后取出，干燥，制备得到钨铜合金； (3) 将表面涂层的各个组分混合在一起，搅拌均匀之后涂覆于钨铜合金之上，放入真空 环境下静置5h，即得到纳米钨铜复合材料。
[0027] 实施例3 : 一种纳米钨铜复合材料,包括基体材料和表面涂层， 基体材料为钨铜合金，其中在钨粉表面包覆有一层纳米铜粒子层 表面涂层为树脂涂层，其包括以下质量含量的各个组分：环氧树脂40份、纳米氧化钛6 份；纳米氧化锌7份；低分子聚酰胺固化剂7份。
[0028] 根据本发明提供的制备方法制备纳米钨铜复合材料，步骤如下： (1) 取平均粒径为Ium的钨粉，干燥后进行化学气相沉积反应，以六氟乙酰丙酮合铜 为前驱体，反应温度400°C，原料蒸发温度为150°C，通入氢气，氢气的气体流量为20sccm， 以氩气为保护气体，氩气的气体流量为2〇 Sccm，然后进行化学气相沉积，反应室旋转速率 30r/min，时间lOmin，结束之后待冷却至室温，取出； 经检测，纳米铜粒子层的厚度为60nm ; (2) 将包覆后的粉体放入模具中进行高温煅烧，温度1200°C，时间4h，煅烧结束后待冷 却至室温后取出，干燥，制备得到钨铜合金； (3) 将表面涂层的各个组分混合在一起，搅拌均匀之后涂覆于钨铜合金之上，放入真空 环境下静置5h，即得到纳米钨铜复合材料。
[0029] 实施例4 : 一种纳米钨铜复合材料,包括基体材料和表面涂层， 基体材料为钨铜合金，其中在钨粉表面包覆有一层纳米铜粒子层 表面涂层为树脂涂层，其包括以下质量含量的各个组分：环氧树脂35份、纳米氧化钛5 份；纳米氧化锌6份；低分子聚酰胺固化剂6份。
[0030] 根据本发明提供的制备方法制备纳米钨铜复合材料，步骤如下： (1) 取平均粒径为0. 5的钨粉，干燥后进行化学气相沉积反应，以六氟乙酰丙酮合铜 为前驱体，反应温度600°C，原料蒸发温度为180°C，通入氢气，氢气的气体流量为30sccm， 以氩气为保护气体，氩气的气体流量为3〇 Sccm，然后进行化学气相沉积，反应室旋转速率 60r/min，时间15min，结束之后待冷却至室温，取出； 经检测，纳米铜粒子层的厚度为150nm; (2) 将包覆后的粉体放入模具中进行高温煅烧，温度1300°C，时间4h，煅烧结束后待冷 却至室温后取出，干燥，制备得到钨铜合金； (3 )将表面涂层的各个组分混合在一起，搅拌均匀之后涂覆于钨铜合金之上，放入真空 环境下静置5h，即得到纳米钨铜复合材料。
[0031] 实施例5: 一种纳米钨铜复合材料,包括基体材料和表面涂层， 基体材料为钨铜合金，其中在钨粉表面包覆有一层纳米铜粒子层 表面涂层为树脂涂层，其包括以下质量含量的各个组分：环氧树脂38份、纳米氧化钛5 份；纳米氧化锌7份；低分子聚酰胺固化剂8份。
[0032] 根据本发明提供的制备方法制备纳米钨铜复合材料，步骤如下： (1) 取平均粒径为〇. 5的钨粉，干燥后进行化学气相沉积反应，以六氟乙酰丙酮合铜 为前驱体，反应温度500°C，原料蒸发温度为150°C，通入氢气，氢气的气体流量为2〇 SCCm， 以氩气为保护气体，氩气的气体流量为2〇Sccm，然后进行化学气相沉积，反应室旋转速率 30r/min，时间15min，结束之后待冷却至室温，取出； 经检测，纳米铜粒子层的厚度为120nm; (2) 将包覆后的粉体放入模具中进行高温煅烧，温度1200°C，时间5h，煅烧结束后待冷 却至室温后取出，干燥，制备得到钨铜合金； (3 )将表面涂层的各个组分混合在一起，搅拌均匀之后涂覆于钨铜合金之上，放入真空 环境下静置5h，即得到纳米钨铜复合材料。
[0033] 根据申请号为201310555517. 2的专利文献"一种钨铜合金制备方法"公开的技术 方案制备钨铜复合材料，为对照组；测定上述【具体实施方式】制备的纳米钨铜复合材料的强 度和韧性，并测定基体材料的致密度，测定对照组的复合材料的致密度、强度和韧性的性能 测试，结果如表1所示： 表1碳纳米管陶瓷复合材料强度和韧性性能测定
【权利要求】
1. 一种纳米鹤铜复合材料，包括基体材料和表面涂层，其特征在于： 基体材料为钨铜合金，其中在钨粉表面包覆有一层纳米铜粒子层，纳米铜粒子层的厚 度为 50_200nm ; 表面涂层为树脂涂层，其包括以下质量含量的各个组分：环氧树脂30-50份、纳米氧化 钛4-9份；纳米氧化锌3-8份；固化剂3-9份。
2. 根据权利要求1所述的纳米钨铜复合材料，其特征在于：所述固化剂为低分子聚酰 胺固化剂。
3. -种根据权利要求1-2任一项所述的纳米钨铜复合材料的制备方法，其特征在于， 制备步骤如下： (1) 取平均粒径为0. 5-lum的钨粉，干燥后进行化学气相沉积反应，以六氟乙酰丙酮合 铜为前驱体，反应温度350-700°C，原料蒸发温度为130-220°C，通入氢气，以氩气为保护气 体，然后进行化学气相沉积，反应室旋转速率30-60r/min，时间5-20min，结束之后待冷却 至室温，取出； (2) 将包覆后的粉体放入模具中进行高温煅烧，待冷却至室温后取出，干燥，制备得到 鹤铜合金； (3) 将表面涂层的各个组分混合在一起，搅拌均匀之后涂覆于钨铜合金之上，放入真空 环境下静置3-7h，即得到纳米钨铜复合材料。
4. 根据权利要求3所述的纳米钨铜复合材料的制备方法，其特征在于：将步骤（1)氢气 的气体流量为10-40sccm。
5. 根据权利要求3所述的纳米钨铜复合材料的制备方法，其特征在于：将步骤（1)氩气 的气体流量为10_50sccm。
6. 根据权利要求3所述的纳米钨铜复合材料的制备方法，其特征在于：将步骤（4)中高 温煅烧的温度为1100-1300°C。
7. 根据权利要求3所述的纳米钨铜复合材料的制备方法，其特征在于：将步骤（4)中高 温煅烧的时间为3_6h。
【文档编号】C22C1/05GK104372192SQ201410597592
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月30日 优先权日:2014年10月30日
【发明者】刘莉, 王爽, 刘晓东 申请人:苏州莱特复合材料有限公司