机械合金化与W-Cu复合材料.docVIP

材料学前沿—课程总结 ***机械合金化与W-Cu复合材料*** ******固体电解质在冶金中的应用****** ***从线材生产进步看轧制理论发展*** 机械合金化与W-Cu复合材料 机械合金化的基本概念 机械合金化（Mechanical Alloying）是一种高能球磨技术，它是在高能球磨的条件下，利用金属粉末混合物的反复变形、断裂、焊合，原子间相互扩散或发生固态反应形成合金粉末。机械合金化材料制备技术，不同于熔铸和粉末烧结工艺制备合金的传统方法。传统方法的缺点在于合金制备过程中，各组元不能任意选择，必须受到各组元之间能否互溶和能否形成化合物等条件的限制。而机械合金化属强制反应，从外界加入高能量的应变、缺陷以及纳米级的微结构，使得合金过程的热力学和动力学不同于普通的固态反应。用这种方法可生产具有可控细微组织的复合金属粉末，可以合成常规法难以合成的新合金，许多固态下溶解度较小，甚至在液态下几乎不互溶的体系，通过机械合金化法可形成固溶体。 机械合金化的发展概况 机械合金化的发展历史，可追溯到本世纪60年代末。 机械合金化是由美国的Benjamin等提出的一种制备合金粉末的高能球磨技术，它最初主要用于制备氧化物弥散强化镍基合金。在以后的近30年， 机械合金化有了长足的发展， 从非晶、准晶、难熔金属化合物到稀土硬磁合金等新材料的制备。机械合金化作为制备新材料的一种重要方法，日益受到各国材料科学界的重视。我国自然科学学科发展战略——金属材料学科的调研报告中，将机械合金化技术作为新材料制备技术之一，特别是在非平衡材料制备方面，占有重要的地位。到目前为止，机械合金化已用于开发研制弥散强化材料、磁性材料、高温材料、超导材料、非晶、纳米晶等各种状态的非平衡材料、轻金属高比强材料、储氢材料、过饱和固溶体等。 机械合金化的应用 由于机械合金化具有许多优点，目前，机械合金化技术已广泛用于开发研制各种金属材料，如弥散强化材料、磁性材料、高温材料、超导材料、非晶、纳米晶等各种状态的非平衡材料、轻金属高比强材料、金属储氢材料、过饱和固溶体等。 机械合金化制取W-Cu复合材料工艺 金属钨具有高熔点、高密度、高硬度、低的热膨胀系数。铜具有高导热、导电性和良好的塑性与延展性，但铜的熔点低。W-Cu合金按一定比例混合后，具有高导热、导电性、高密度、高温强度、良好的抗热震、抗烧蚀、抗高温气蚀、可调节的热膨胀系数等优良特性。因此被广泛应用于航空航天：火箭尾喷管喉衬、燃气舵、鼻锥等；军事武器：坦克破甲弹药罩、增程炮的尾喷口、电磁炮轨道材料等；电子通讯：热散和热沉材料、电子封装材料等；民用：真空触头材料、高温模具材料等行业。这些材料的生产工艺及原理见下表。 表1 W-Cu复合材料的生产工艺 工 艺 方 法 原 理 特 点 熔融法 直接熔化 W的熔点过高，W与Cu熔点差过大，且完全不相溶。实施困难。 粉末冶金 将W粉与Cu粉混合后，经成形，烧结制成合金。 工艺较简单。但难以达到高密度，高性能。 熔浸法 把W粉压成一定密度的压坯，烧结成骨架，然后在高于Cu熔点温度下把铜渗入钨骨架中。 工艺较成熟。难精确控制其密度，组织不均匀，后续加工困难 化学活化 将微量合金元素的添加到金属粉末中，WO3和CuO的混合物先在空气中焙烧形成CuWO4，然后在H2中还原。 粉末易超细弥散，烧结制品密度高。工艺复杂，不易控制。 机械合金化 通过高能球磨使粉末缺陷增多，比表面增大，从而增加粉末的活性，促进烧结 工艺简单，成分范围宽，容易控制，组织均匀，密度高，性能好。 结 语 由于机械合金化技术具有许多优点，能够合成常规法难以合成的新合金，许多固态下溶解度较小，甚至在液态下几乎不互溶的体系，通过机械合金化法可形成固溶体，因此，在发展新材料方面显示出其诱人的前景。可以预见随着机械合金化理论与技术的发展和成熟必将带动弥散强化材料、磁性材料、高温材料、超导材料、非晶、纳米晶等各种状态的非平衡材料、轻金属高比强材料、金属储氢材料、过饱和固溶体等材料的迅速发展。 1