化学共还原制备钨铜复合粉末工艺研究

徐 玄，戴 琴，欧 邯

（深圳市威勒科技股份有限公司，广东 深圳 518000）

由于钨铜复合材料具有良好的热学性能和电学性能，被广泛用于大规模集成电路和高功率微波器件中，因此被用作基板，面板，连接器和散热元件。虽然该工艺简单且容易控制，但是烧结温度高，时间长，烧结体的性能差，特别是烧结体的密度低，并且不适于制造高性能钨铜复合材料。高性能钨铜复合材料通常采用浸渗法制备，但这种方法容易造成铜凝固相的粗大不均匀分布。熔体浸润后，应通过机械加工去除多余的金属铜，提高后处理成本的缺陷，降低成品率。如何制备小粒径，高均匀度的钨铜复合粉末成为钨铜材料工人的重要研究方向[1]。

1 实验方法

首先将42mL浓度为240g/L钨酸铵和7.6g三水硝酸铜与的硝酸铜分别溶于去离子水溶液中，在硝酸铜溶液中加入一定量的硝酸和聚乙烯醇（PVA）然后将钨酸铵溶液以一定的速度加入到硝酸铜溶液中，并继续搅拌10分钟使其得到充分反应。将氢氧化铜和钨酸盐的混合沉淀物（以下称为钨铜前体）洗涤，过滤并干燥，并在马弗炉中在650℃～750℃下烘烤2h～5h以获得钨氧化铜粉末。

2 实验结果与讨论

（1）钨铜前驱体的制备。它会影响钨和铜前体的制备。钨铜前体的粒子形态影响钨铜氧化物的粒径。因此，本文研究了材料浓度，反应温度，进料速度和分散剂对钨铜氧化物生成的影响。

1）硝酸用量对钨铜前驱体的影响。硝酸的量直接影响钨铜前体中铜的含量。不同量的硝酸对制备钨铜前体的影响。硝酸在反应体系中起到酸化剂的作用，但过量的硝酸会溶解氢氧化铜沉淀。因此，在控制化学药剂硝酸的量上，主要选择适中的量，相关的实验用量与相应的实验现象。

2）料液浓度对钨铜氧化物的粒度形貌影响。考察了料液浓度对钨铜氧化物中粒径D50的影响，试验结果见表1。

表1 料液浓度对钨铜氧化物粒度的影响

从表1可以看出，当浓度降低时，氧化物D50也降低，影响作用也相对比较大。对不同浓度的液体和液体进行扫描的钨铜氧化物扫描电子显微镜照片。可以看出，钨氧化铜颗粒很细，都有结块。当材料浓度较高时，钨氧化铜的团聚较严重，且粉末的D50较大[2]。

3）钨酸铵的滴加速度对钨铜氧化物的粒度形貌影响。如下表2为在加料速度对所制得制品氧化物的影响，速度的快慢对实验影响不是很大。

表2 加料速度对钨铜氧化物粒度的影响

以5mL/min和100mL/min的速度制备的钨铜氧化物的电子显微照片。从100mL/min获得的氧化物形态规则，尺寸精细，分布集中，分散性好。5mL/min的氧化物有许多大的颗粒，这是因为进料速度慢，晶体的生长速度大于成核速度，这为一些核的异常生长提供了空间和时间。

（2）钨铜前驱体粉末的焙烧。通过在650℃烘烤5小时制备的钨铜氧化物的X衍射图。在X射线光谱上没有发现CuO的衍射峰。通过焙烧钨铜前体而获得的粉末由WO3和CuWO4-x组成，而不是钨的氧化物和铜的氧化物的混合物。

WO3+CuO→CuWO4-x，这与实验结果一致。在钨铜氧化物的SEM形貌可以看出，钨氧化铜颗粒的尺寸约为1μm，形貌规则且分散良好，这与粒度测试结果一致。

表3 不同焙烧工艺对钨铜氧化物D50的影响

图1 750 ℃保温 2 h 所获钨铜金属复合粉的SEM 形貌照片

（3）钨铜金属复合粉的制备。在750℃下2小时得到的产物的XRD图谱，产物中只含有W和Cu，表明W-Cu复合粉末可以在750℃和2h完全还原。是在750℃下还原2小时的条件下获得的钨铜金属复合粉末的SEM轮廓照片。

可以看出，复合粉末的粒径为约1μm。复合粉末的颗粒为多边形，Cu相将近似多边形W颗粒结合在一起，W颗粒分布在Cu相中。粉末的内部结构可以通过化学共沉淀的过程来确定[3]。

3 结论

（1）确定了前驱体粉末的焙烧温度为650℃，保温时间为5h，前驱体粉末转变成WO3和CuWO4-x的混合物，产物粒径为1μm左右，形貌规则，分散性良好。

（2）在氢气氛中，将氧化钨铜在750℃下降至2小时。钨铜金属复合粉末可以在W相和Cu相之间均匀混合。复合粉末的粒径为1μm左右，形状为多边形，Cu相在W相间均匀分布W粒子。