本发明属于钨铜复合材料制备技术领域，具体涉及一种高致密性高导热钨铜材料的制备方法。
背景技术：
钨铜复合材料由具有高熔点、高硬度的金属钨和高塑性、高导电导热性的金属铜所组成；由于钨铜两相互不相溶，故两者又属于假合金。这使它既具有钨和铜各自的特点，如在高温下具有高强度和硬度，高的导电导热性，好的抗电蚀性，良好的射线吸收能力(比铅高30％～40％)，低的热膨胀系数(只有钢和铁的1/2～1/3)和一定的塑性(15％)等；而且还可以通过改变复合材料中钨铜两相的相对含量来改变其机械和物理性能，以达到所需零件的具体要求。除此之外，它还具有两相组合而产生的新的性能，如在温度足够高的环境中，复合材料中的铜相会产生蒸发而吸热，零件能够产生自冷却作用。因此，它可以广泛用于航空航天、国防军工、电子信息、冶金和机械加工等各种行业，在国民经济中占有非常重要的地位。
材料的高致密度是保证其优异性能的前提，但由于钨铜两相互不相溶，形成的是一种典型的假合金，故这种复合材料的制备只能通过粉末冶金的方法。但是通过传统的粉末烧结方法所得复合材料的致密度比较低(95％以下)。通过各国研究者的不懈努力，现已发明了多种制备致密的钨铜复合材料的方法，如：液相溶渗法，液相烧结法，活化液相烧结法。虽然在一定程度解决了致密性缺陷，但是由于液体铜在金属钨颗粒间的流动性差，因此钨铜合金的致密性仍然不高，导致其机械性及热导率较低。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种高致密性高导热钨铜材料的制备方法。该方法采用铜靶磁控溅射钨粉，得到铜包覆的钨粉，热压烧结成前驱体后进行化学气相沉积，利用气体的流动性强，反应气体可以流动到前驱体的孔隙内并裂解生成碳纳米管，从而增加了复合材料的致密性和热导率，采用该方法制备的钨铜材料的热导率为220w/m·k～300w/m·k，密实度大于98％，拉伸强度为680mpa～692mpa，热膨胀系数为4.3×10-6/k～4.7×10-6/k，硬度为180hv～186hv。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种高致密性高导热钨铜材料的制备方法，其特征在于，所述高致密性是指钨铜材料的密实度大于98％，所述高导热是指钨铜材料的热导率为220w/m·k～300w/m·k；
所述制备方法包括以下步骤：
步骤一、将钨粉置于氢气炉内进行还原以去除表面的氧化层；
步骤二、以铜靶为溅射靶材，对步骤一中还原后的钨粉进行磁控溅射，得到复合材料；所述磁控溅射的真空室压强为1.0pa～9.0pa，保护气体为氩气和氯化氢的混合气体，磁感应强度为0.2t～0.3t，磁控溅射的时间为30min～60min；
步骤三、将步骤二中所述复合材料置于热压炉内，在氩气保护下，温度为1500℃～1600℃，压力为10吨～15吨的条件下热压烧结30min～60min，然后自然冷却，得到前驱体；
步骤四、将步骤三中所述前躯体置于化学气相沉积炉内，以甲烷和水蒸气的混合气体为反应气体，对前躯体进行化学气相沉积，得到高致密性高导热钨铜材料。
上述的一种高致密性高导热钨铜材料的制备方法，其特征在于，步骤一中所述还原的温度为1200℃～1500℃，时间为30min～90min，氢气流量为30cc/min～50cc/min。
上述的一种高致密性高导热钨铜材料的制备方法，其特征在于，步骤二中所述氩气和氯化氢的混合气体中氩气的体积百分含量为80％～90％，余量为氯化氢气体。
上述的一种高致密性高导热钨铜材料的制备方法，其特征在于，步骤四中所述甲烷和水蒸气的混合气体中甲烷的体积百分含量为70％～90％，余量为水蒸气，气体流量为60cc/min～90cc/min，化学气相沉积的温度为600℃～800℃，时间为10min～30min。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用铜靶磁控溅射钨粉，得到铜包覆的钨粉，然后热压烧结成前驱体后进行化学气相沉积，利用气体的流动性强，反应气体可以流动到前驱体的孔隙内并裂解生成碳纳米管，碳纳米管的理论热导率可以达到3600w/m·k，且热膨胀系数为5.4×l0-6/k，从而增加了复合材料的致密性和热导率。
2、采用本发明的方法制备的钨铜材料的密实度大于98％，热导率为220w/m·k～300w/m·k，热膨胀系数为4.3×10-6/k～4.7×10-6/k，拉伸强度为680mpa～692mpa，硬度为180hv～186hv。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
实施例1
本实施例的钨铜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将钨粉置于氢气炉内进行还原以去除表面的氧化层；所述还原的温度为1200℃，时间为30min，氢气流量为30cc/min；
步骤二、以铜靶为溅射靶材，对步骤一中还原后的钨粉进行磁控溅射，得到复合材料；所述磁控溅射的真空室压强为1.0pa，保护气体为氩气和氯化氢的混合气体，混合气体中氩气的体积百分含量为80％，余量为氯化氢气体，磁控溅射的磁感应强度为0.2t，时间为30min；
步骤三、将步骤二中所述复合材料置于热压炉内，在氩气保护下，温度为1500℃，压力为10吨的条件下热压烧结30min，然后自然冷却，得到前驱体；
步骤四、将步骤三中所述前躯体置于化学气相沉积炉内，以甲烷和水蒸气的混合气体为反应气体，对前躯体进行化学气相沉积，得到高致密性高导热钨铜材料；所述甲烷和水蒸气的混合气体中甲烷的体积百分含量为70％，余量为水蒸气，气体流量为60cc/min，化学气相沉积的温度为600℃，时间为10min。
本实施例制备的钨铜材料的密实度为98.4％，热导率为220w/m·k，热膨胀系数为4.3×10-6/k，拉伸强度为680mpa，硬度为180hv。
实施例2
本实施例的钨铜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将钨粉置于氢气炉内进行还原以去除表面的氧化层；所述还原的温度为1300℃，时间为60min，氢气流量为40cc/min；
步骤二、以铜靶为溅射靶材，对步骤一中还原后的钨粉进行磁控溅射，得到复合材料；所述磁控溅射的真空室压强为3.0pa，保护气体为氩气和氯化氢的混合气体，混合气体中氩气的体积百分含量为85％，余量为氯化氢气体，磁控溅射的磁感应强度为0.25t，时间为40min；
步骤三、将步骤二中所述复合材料置于热压炉内，在氩气保护下，温度为1550℃，压力为12吨的条件下热压烧结40min，然后自然冷却，得到前驱体；
步骤四、将步骤三中所述前躯体置于化学气相沉积炉内，以甲烷和水蒸气的混合气体为反应气体，对前躯体进行化学气相沉积，得到高致密性高导热钨铜材料；所述甲烷和水蒸气的混合气体中甲烷的体积百分含量为80％，余量为水蒸气，气体流量为70cc/min，化学气相沉积的温度为700℃，时间为20min。
本实施例制备的钨铜材料的密实度为98.3％，热导率为260w/m·k，热膨胀系数为4.7×10-6/k，拉伸强度为692mpa，硬度为182hv。
实施例3
本实施例的钨铜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将钨粉置于氢气炉内进行还原以去除表面的氧化层；所述还原的温度为1500℃，时间为90min，氢气流量为50cc/min；
步骤二、以铜靶为溅射靶材，对步骤一中还原后的钨粉进行磁控溅射，得到复合材料；所述磁控溅射的真空室压强为9.0pa，保护气体为氩气和氯化氢的混合气体，混合气体中氩气的体积百分含量为90％，余量为氯化氢气体，磁控溅射的磁感应强度为0.3t，时间为60min；
步骤三、将步骤二中所述复合材料置于热压炉内，在氩气保护下，温度为1600℃，压力为15吨的条件下热压烧结60min，然后自然冷却，得到前驱体；
步骤四、将步骤三中所述前躯体置于化学气相沉积炉内，以甲烷和水蒸气的混合气体为反应气体，对前躯体进行化学气相沉积，得到高致密性高导热钨铜材料；所述甲烷和水蒸气的混合气体中甲烷的体积百分含量为90％，余量为水蒸气，气体流量为90cc/min，化学气相沉积的温度为800℃，时间为30min。
本实施例制备的钨铜材料的密实度为98.8％，热导率为300w/m·k，热膨胀系数为4.3×10-6/k，拉伸强度为690mpa，硬度为186hv。
实施例4
本实施例的钨铜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将钨粉置于氢气炉内进行还原以去除表面的氧化层；所述还原的温度为1400℃，时间为70min，氢气流量为35cc/min；
步骤二、以铜靶为溅射靶材，对步骤一中还原后的钨粉进行磁控溅射，得到复合材料；所述磁控溅射的真空室压强为5.0pa，保护气体为氩气和氯化氢的混合气体，混合气体中氩气的体积百分含量为80％，余量为氯化氢气体，磁控溅射的磁感应强度为0.3t，时间为50min；
步骤三、将步骤二中所述复合材料置于热压炉内，在氩气保护下，温度为1600℃，压力为13吨的条件下热压烧结50min，然后自然冷却，得到前驱体；
步骤四、将步骤三中所述前躯体置于化学气相沉积炉内，以甲烷和水蒸气的混合气体为反应气体，对前躯体进行化学气相沉积，得到高致密性高导热钨铜材料；所述甲烷和水蒸气的混合气体中甲烷的体积百分含量为70％，余量为水蒸气，气体流量为80cc/min，化学气相沉积的温度为650℃，时间为20min。
本实施例制备的钨铜材料的密实度为99.1％，热导率为280w/m·k，热膨胀系数为4.5×10-6/k，拉伸强度为685mpa，硬度为185hv。
实施例5
本实施例的钨铜材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将钨粉置于氢气炉内进行还原以去除表面的氧化层；所述还原的温度为1500℃，时间为30min，氢气流量为40cc/min；
步骤二、以铜靶为溅射靶材，对步骤一中还原后的钨粉进行磁控溅射，得到复合材料；所述磁控溅射的真空室压强为1.0pa，保护气体为氩气和氯化氢的混合气体，混合气体中氩气的体积百分含量为90％，余量为氯化氢气体，磁控溅射的磁感应强度为0.3t，时间为30min；
步骤三、将步骤二中所述复合材料置于热压炉内，在氩气保护下，温度为1500℃，压力为15吨的条件下热压烧结30min，然后自然冷却，得到前驱体；
步骤四、将步骤三中所述前躯体置于化学气相沉积炉内，以甲烷和水蒸气的混合气体为反应气体，对前躯体进行化学气相沉积，得到高致密性高导热钨铜材料；所述甲烷和水蒸气的混合气体中甲烷的体积百分含量为85％，余量为水蒸气，气体流量为75cc/min，化学气相沉积的温度为750℃，时间为30min。
本实施例制备的钨铜材料的密实度为99.3％，热导率为245w/m·k，热膨胀系数为4.6×10-6/k，拉伸强度为690mpa，硬度为183hv。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。