纳米钨铜合金电极的研究

钨粉和铜粉的粉末粒度以及均匀性在一定程度上会影响钨铜合金电极的烧结效果,粉末粒度的减小会使得材料的各项综合性能,如密度、硬度、导电导热性得到极大的改善。传统意义上的粉末冶金方法(Powder  Metallurgy, PM),其采用金属粉末(或金属氧化物粉末)作为原料经压制烧结工艺所得到的复合材料的粉末粒度大多较粗。而相比之下,纳米钨铜材料具有较高的表面能,在烧结的过程中原子的运动以高界面能为驱动力,使得界面中一些微小的孔隙发生进一步收缩,防止了孔隙的扩散。因此对纳米钨铜合金的研究有利于实现较低温度下烧结致密化的进行。

虽然纳米钨铜合金的制备工艺大体上看起来与传统粉末冶金工艺相类似,也是分为制粉备料-压制成型-烧结三个工艺流程,但是纳米颗粒所具有的特殊性也使得纳米钨铜合金的制备与传统方法间存在一定的区别。总的来说,目前较为常见且应用较多的纳米钨铜合金制备方法研究有溶胶-凝胶法(Sol-Gel)、机械合金化(Metal Alloying, MA)、机械-热化学工艺合成以及雾化干燥等。

机械合金化(Metal Alloying, MA)是采用高能球磨机,将一定配比的钨铜混合粉末球磨较长的一段时间,可得到粒度接近于20nm-30nm颗粒度的纳米粉末。再将制备好的纳米粉末压制生坯,在氢气H2的氛围下烧结一段时间,便可得到具有较高相对密度的纳米钨铜合金。

所谓的溶胶-凝胶法(Sol-Gel)是采用含高化学组分的化合物作为前躯体,在液相下将这些原料均匀混合、水解、缩合等反应,在溶液中形成稳定的透明溶胶体系溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合,形成三维空间网络结构的凝胶,凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂,形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。在目前的学术领域,已有研究人员通过此方法成功制备了高性能的钼铜和钨铜粉末,但是这种方法也存在一定的缺陷,如在氢气还原的过程中难以控制杂质和水蒸气的含量,而这些问题的存在将给后续的烧结工艺带来一定的影响。

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