气压浸渗法制备ZrC-W-Cu复合材料的显微组织与力学性能

邢宇轩，郭英奎，陈 磊，赵壮志，王玉金

(1 哈尔滨理工大学 材料科学与工程学院，哈尔滨 150080；2 哈尔滨工业大学 特种陶瓷研究所，哈尔滨 150001)

钨铜复合材料是一种非常典型的复合材料，其兼具金属钨高熔点、低热膨胀系数、高耐腐蚀和高强度的优异性能以及金属铜的高热导率、高电导率和机械加工性能良好的优点，被广泛应用于电工电子、航空航天、核能等领域，同时钨具有高的溅射电阻、低的氘氚保留率，在聚变堆第一壁材料的应用方面也备受关注[1]。为了提高钨铜复合材料的性能，研究人员开发出原料粉体细化(利用高能球磨[2]或化学合成[3])、W粉表面处理(表面镀铜镀镍[4-7])等改性方法，也开发出放电等离子烧结[8-9]和微波烧结[10-11]等新型制备工艺，但仍然不能解决钨铜复合材料的高温强度低的问题。例如，钨铜复合材料在800 ℃的抗拉强度仅为其室温抗拉强度的30%～40%，在1800 ℃时强度为室温的6%～11%[12]，严重影响了钨铜复合材料在高温领域的应用。研究发现，钨铜复合材料的高温强度取决于钨骨架的高温强度。为了提高钨的高温强度，人们通过在W中添加难熔金属、氧化物和过渡金属碳化物的方法，对W起到固溶强化、颗粒弥散强化和第二相强化作用[13-14]。其中ZrC提高W的高温力学性能效果明显[15]。例如，30%ZrC-W(体积分数，下同)复合材料在800 ℃的抗压强度高达1177 MPa，远远高于纯W的强度，且随温度升高强度下降缓慢[16]。本工作提出通过ZrC改性钨骨架，以提高钨铜复合材料高温性能的思路，采用无压烧结工艺制备ZrC-W骨架，再对骨架进行压力渗铜，制备出ZrC-W-Cu复合材料。……