化學(xué)共還原制備鎢銅復(fù)合粉末工藝研究

徐 玄，戴 琴，歐 邯

（深圳市威勒科技股份有限公司，廣東 深圳 518000）

由于鎢銅復(fù)合材料具有良好的熱學(xué)性能和電學(xué)性能，被廣泛用于大規(guī)模集成電路和高功率微波器件中，因此被用作基板，面板，連接器和散熱元件。雖然該工藝簡(jiǎn)單且容易控制，但是燒結(jié)溫度高，時(shí)間長(zhǎng)，燒結(jié)體的性能差，特別是燒結(jié)體的密度低，并且不適于制造高性能鎢銅復(fù)合材料。高性能鎢銅復(fù)合材料通常采用浸滲法制備，但這種方法容易造成銅凝固相的粗大不均勻分布。熔體浸潤(rùn)后，應(yīng)通過(guò)機(jī)械加工去除多余的金屬銅，提高后處理成本的缺陷，降低成品率。如何制備小粒徑，高均勻度的鎢銅復(fù)合粉末成為鎢銅材料工人的重要研究方向[1]。

1 實(shí)驗(yàn)方法

首先將42mL濃度為240g/L鎢酸銨和7.6g三水硝酸銅與的硝酸銅分別溶于去離子水溶液中，在硝酸銅溶液中加入一定量的硝酸和聚乙烯醇（PVA）然后將鎢酸銨溶液以一定的速度加入到硝酸銅溶液中，并繼續(xù)攪拌10分鐘使其得到充分反應(yīng)。將氫氧化銅和鎢酸鹽的混合沉淀物（以下稱為鎢銅前體）洗滌，過(guò)濾并干燥，并在馬弗爐中在650℃～750℃下烘烤2h～5h以獲得鎢氧化銅粉末。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

（1）鎢銅前驅(qū)體的制備。它會(huì)影響鎢和銅前體的制備。鎢銅前體的粒子形態(tài)影響鎢銅氧化物的粒徑。因此，本文研究了材料濃度，反應(yīng)溫度，進(jìn)料速度和分散劑對(duì)鎢銅氧化物生成的影響。

1）硝酸用量對(duì)鎢銅前驅(qū)體的影響。硝酸的量直接影響鎢銅前體中銅的含量。不同量的硝酸對(duì)制備鎢銅前體的影響。硝酸在反應(yīng)體系中起到酸化劑的作用，但過(guò)量的硝酸會(huì)溶解氫氧化銅沉淀。因此，在控制化學(xué)藥劑硝酸的量上，主要選擇適中的量，相關(guān)的實(shí)驗(yàn)用量與相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2）料液濃度對(duì)鎢銅氧化物的粒度形貌影響?？疾炝肆弦簼舛葘?duì)鎢銅氧化物中粒徑D50的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 料液濃度對(duì)鎢銅氧化物粒度的影響

從表1可以看出，當(dāng)濃度降低時(shí)，氧化物D50也降低，影響作用也相對(duì)比較大。對(duì)不同濃度的液體和液體進(jìn)行掃描的鎢銅氧化物掃描電子顯微鏡照片。可以看出，鎢氧化銅顆粒很細(xì)，都有結(jié)塊。當(dāng)材料濃度較高時(shí)，鎢氧化銅的團(tuán)聚較嚴(yán)重，且粉末的D50較大[2]。

3）鎢酸銨的滴加速度對(duì)鎢銅氧化物的粒度形貌影響。如下表2為在加料速度對(duì)所制得制品氧化物的影響，速度的快慢對(duì)實(shí)驗(yàn)影響不是很大。

表2 加料速度對(duì)鎢銅氧化物粒度的影響

以5mL/min和100mL/min的速度制備的鎢銅氧化物的電子顯微照片。從100mL/min獲得的氧化物形態(tài)規(guī)則，尺寸精細(xì)，分布集中，分散性好。5mL/min的氧化物有許多大的顆粒，這是因?yàn)檫M(jìn)料速度慢，晶體的生長(zhǎng)速度大于成核速度，這為一些核的異常生長(zhǎng)提供了空間和時(shí)間。

（2）鎢銅前驅(qū)體粉末的焙燒。通過(guò)在650℃烘烤5小時(shí)制備的鎢銅氧化物的X衍射圖。在X射線光譜上沒(méi)有發(fā)現(xiàn)CuO的衍射峰。通過(guò)焙燒鎢銅前體而獲得的粉末由WO3和CuWO4-x組成，而不是鎢的氧化物和銅的氧化物的混合物。

WO3+CuO→CuWO4-x，這與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。在鎢銅氧化物的SEM形貌可以看出，鎢氧化銅顆粒的尺寸約為1μm，形貌規(guī)則且分散良好，這與粒度測(cè)試結(jié)果一致。

表3 不同焙燒工藝對(duì)鎢銅氧化物D50的影響

圖1 750 ℃保溫 2 h 所獲鎢銅金屬?gòu)?fù)合粉的SEM 形貌照片

（3）鎢銅金屬?gòu)?fù)合粉的制備。在750℃下2小時(shí)得到的產(chǎn)物的XRD圖譜，產(chǎn)物中只含有W和Cu，表明W-Cu復(fù)合粉末可以在750℃和2h完全還原。是在750℃下還原2小時(shí)的條件下獲得的鎢銅金屬?gòu)?fù)合粉末的SEM輪廓照片。

可以看出，復(fù)合粉末的粒徑為約1μm。復(fù)合粉末的顆粒為多邊形，Cu相將近似多邊形W顆粒結(jié)合在一起，W顆粒分布在Cu相中。粉末的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以通過(guò)化學(xué)共沉淀的過(guò)程來(lái)確定[3]。

3 結(jié)論

（1）確定了前驅(qū)體粉末的焙燒溫度為650℃，保溫時(shí)間為5h，前驅(qū)體粉末轉(zhuǎn)變成WO3和CuWO4-x的混合物，產(chǎn)物粒徑為1μm左右，形貌規(guī)則，分散性良好。

（2）在氫氣氛中，將氧化鎢銅在750℃下降至2小時(shí)。鎢銅金屬?gòu)?fù)合粉末可以在W相和Cu相之間均勻混合。復(fù)合粉末的粒徑為1μm左右，形狀為多邊形，Cu相在W相間均勻分布W粒子。