微波场强化熔渗烧结CuW80合金Cu组元迁移机理研究

The use of microwave sintering of metal powder and alloyed materials has many advantages such as: the low sintering temperature, the short period of sintering time, the high efficiency of energy using and heating, the safety and no pollution, etc. The project uses W-Cu alloy materials as a model, and utilizes the microwave sintering technology to infiltration the sintering CuW80 alloy, which can determine the dielectric properties of the high-temperature sintering for metal Cu powder and W powder in the microwave field, and can research the coupling mechanism between the metal particles and the microwave field. Then it will research the effect of microwave power density、metal powder size、sintering temperature and time、skin effect 、point discharge on the material microstructure、mechanical properties in the infiltration sintering process. Finally it will obtain a new process of the microwave sintering infiltration CuW80 alloy. The research for infiltration migration characteristics of the Cu elements and the tungsten particles coated features during the process of microwave high temperature sintering CuW80 alloy, which will form the diffusion of control technology and the basic theory of a metal elements infiltration in the microwave field. At the same time, it will use software of Fluent to analyze the analog temperature field distribution in microwave field, which would enrich the theoretical system and basic research of microwave sintering technology when sintering CuW80 alloy. All that will promote the development of microwave infiltration sintering technology in the field of W-Cu electrode alloy preparation.

利用微波烧结金属粉末及合金材料具有烧结温度低、烧结时间短、能源利用率和加热效率高、安全无污染等优点。项目以W-Cu合金作为模型材料，采用微波烧结技术熔渗烧结CuW80合金，测定金属Cu粉和W粉在微波场中高温烧结的介电特性，研究金属颗粒与微波场间耦合机理，以及微波场强化熔渗烧结工艺中微波功率密度、金属粉末粒度、烧结温度和时间、表面趋肤效应、尖端放电等主要因素对材料微观结构、物理机械性能的影响，形成微波熔渗烧结CuW80合金新工艺。研究微波高温烧结CuW80合金过程中Cu组元的熔渗迁移特性，以及对金属W颗粒的包覆特性，形成微波场中金属组元熔渗迁移扩散的调控技术与基础理论，并采用Fluent软件分析模拟微波场中物料烧结温度场分布,丰富微波烧结技术制备CuW80合金理论体系和基础研究，推动微波熔渗烧结在W-Cu电极合金制备领域的技术发展。

针对微波烧结具有烧结温度低、烧结时间短、加热效率高等优点，采用微波熔渗烧结技术制备CuW80合金。研究金属颗粒在微波场中作用机理，以及微波烧结工艺中主要参数对材料微观结构和性能的影响规律，形成微波熔渗烧结CuW80合金新工艺，并进行工艺和技术推广，研究结果如下：. （1）研究金属在微波场中的耦合特性，对金属粉末在微波场中的升温曲线和耦合电压进行了测定，揭示金属粉体在微波场中的熔化机理，为开展微波熔渗烧结CuW80合金工艺提供技术支撑。结果表明，在微波场中金属铜颗粒间产生较高的耦合电压，可加热金属铜粉至熔化，实现合金的熔渗铜烧结，缩短烧结时间。. （2）测定了金属铜粉的介电常数，研究铜粉密度对介电特性的影响，并开展反应腔中微波场和温度场分布关联研究，为微波熔渗烧结CuW80合金提供理论支撑。. （3）根据微波熔渗烧结CuW80合金特点，制定工艺实施方案，定量描述了CuW80合金坯料在微波场中的升温曲线，基于微观结构观察，采用Image-Pro Plus 6.0图片分析软件进行分析，计算合金的孔隙率，研究微波熔渗烧结CuW80合金的显微结构、孔隙分布和组元分布等。结果表明，该工艺中金属铜对钨颗粒的包覆性好，随诱导铜粉添加量的增加，材料的孔隙率逐渐减小。. （4）针对微波熔渗烧结CuW80合金进行了系统研究，探索烧结温度、保温时间、铜粉添加量等对合金性能的影响，并对合金的致密度、硬度、电导率等进行了测试，优化了工艺参数。结果表明烧结温度为1200℃、保温1h时，合金组织均匀，相对密度达97.95%，硬度为222HBS，具有较好的性能。. （5）基于微波烧结工艺特点，设计研发微波热压烧结装备，开展微波热压熔渗烧结CuW80合金新工艺研究，结果表明微波热压熔渗烧结CuW80合金组织均匀、结构致密，机械性能好，电导率高，表现出更优的烧结性能，具有更大的应用空间和技术推广。. 通过项目实施，共发表论文9篇，已被SCI、EI收录7篇；申请专利9项，授权3项，公开6项；参与组织国内外学术会议3次，参加国内外学术交流6次；共培养博士研究生1人，硕士研究生3人，本科毕业生5人。