第10期 都娟等：超高压力下通电烧结制备钼铜合金 ,1011 切成12mm×3mmX2mm的试样，用万能试验机对 左右，这是由于通电时间非常短(65s),颗粒因电阻 抗弯强度进行测试，并分别用光学显微镜和扫描电 发热产生焊合只发生在局部区域，在烧结过程中颗 镜对试样的显微形貌和断口进行观察和分析· 粒来不及足够的迁移或流动：而且在超高压力下材 2结果与分析 料已经达到了相当高的密度，再提高致密度相对更 困难 2.1密度和显微组织分析 值得注意的是，从三种试样的通电烧结密度看 不同成分MoCu合金的测试密度值如表1所 出，在5GPa的压力下通电烧结试样的密度几乎都 示；测试密度值与理论密度值之比为相对密度，相对 已接近理论密度(98%以上)，再提高压力到10 密度结果比较如图1所示.从图1可以看出，在不 Ga,相对密度增加已经很不明显，这种现象表明， 通电流的情况下，随着对样品施加压力的增加，几种 在一般情况下，Mo75Cu25合金在压力为5GPa已 钼铜合金的相对密度都有所增加.对于Mo25Cu75 经足够，没有必要继续提高压力.另外，同样在10 的试样来说，随着压力的增加，相对密度的增加不是 GPa的压力下，测试的三个试样中，Mo50C50在不 很明显；这是由于这一样品的含铜量较高，铜具有较 通电的情况下，相对密度最低，通电后反而最高，分 好的塑性，在一定的压力下坯体已经达到较高的致 析认为这与试样的成分有关：在Mo50Cu50的试样 密度，再继续提高压力对其密度的提高不是很显著， 中，钼铜颗粒的接触面积是最大的，但在高压作用下 对于Mo50Cu50和Mo75Cu25情况有所不同，由于 产生孔隙的机会最多，故不通电时相对密度最低；通 铜含量相对较少，需要更高的压力才能达到较高的 电以后，钼铜界面发生了扩散传质，实现了焊合，挤 致密度 走了孔洞，故密度大大提高， 表1MoCu合金的密度测试结果 图2是试样在光学显微镜下的表面形貌（白色 Table 1 Densities of Mo Cu alloys 9cm3 区为铜，灰色区为钼)从图2(a)中可以看出，试样 处理方式 在2GPa压力作用下，材料的致密度不高，可明显看 成分 2GPa 5GPa 10GPa 5GPa+A 10GPa+A 到较多孔洞，主要存在于富钼区以及富钼区与富铜 Mo25Cu759.0029.0319.0629.161 9.178 区的交界处，富铜区的孔洞较少，这是由于铜的塑性 Mo50Cu508.9079.2589.309 9.463 9.498 较好的缘故：压力增加到10GPa后，如图2(b)所示， Mo75Cu259.0999.5149.6529.717 9.711 孔洞明显减少，材料变得较为致密，但在富钼区与富 注：A表示加压的同时通加电流 铜区的交界处仍存在较多空隙；在10GPa下通电， 如图2（©）所示，电流的通入使钼铜材料的颗粒自身 100 电阻发热，在颗粒边缘部位达到瞬时高温，在压力作 用下颗粒发生焊合，空隙消失，密度进一步增加，颗 96 粒界面变得圆滑 4 图3为Mo50Cu50合金断口的扫描电镜图片. 通电之前的形貌如图3(a)所示，对A、B两处进行能 谱分析，其中A处的成分为Cu,B处的成分为Mo, 分析认为是在实验条件下，Mo颗粒被塑性的Cu所 Mo25Cu75 Mo50Cu50 Mo75Cu25 包覆，断裂发生在铜的薄弱包覆处，在图3(a)中还 ☐2GPa■5GPa图I0GPa☐5GPa+A■I0GPa+A 可以清晰地看到一些细小的钼颗粒(C处)，尺寸大 小在100nm左右，这是由于脆性的钼颗粒被压碎所 图1MoCu合金的相对密度对比 造成的，通加电流后（如图3(b)所示），材料的晶粒 Fig.I Comparison of relative density of Mo-Cu alloys 几乎没有长大，钼颗粒仍然保持在2m左右；这是 当对样品施加一定电流后，样品的相对密度进 由于烧结时间很短，晶粒来不及长大， 一步提高。这是由于当电流通过样品时，坯体整体 从整体上看，所制备的钼铜合金成分均匀，结构 由于自身电阻产生的焦耳热而获得一定温度，尤其 致密，烧结过后的成分分布与初始成分分布相同， 是在颗粒结合部位将会获得较高的温度，发生扩散 没有出现文献[6]中的成分偏析，这与两者的制备方 传质，进而形成烧结颈，但是，从整体上看，电流的 式的差异有关，首先，加热方式不同，文献[6]所用 施加对样品密度增加不是很明显，一般只增加1% 的超高压烧结装置是由石墨作为发热体，烧结温度切成12mm×3mm×2mm 的试样‚用万能试验机对 抗弯强度进行测试‚并分别用光学显微镜和扫描电 镜对试样的显微形貌和断口进行观察和分析． 2 结果与分析 2∙1 密度和显微组织分析 不同成分 Mo—Cu 合金的测试密度值如表1所 示；测试密度值与理论密度值之比为相对密度‚相对 密度结果比较如图1所示．从图1可以看出‚在不 通电流的情况下‚随着对样品施加压力的增加‚几种 钼铜合金的相对密度都有所增加．对于 Mo25Cu75 的试样来说‚随着压力的增加‚相对密度的增加不是 很明显；这是由于这一样品的含铜量较高‚铜具有较 好的塑性‚在一定的压力下坯体已经达到较高的致 密度‚再继续提高压力对其密度的提高不是很显著． 对于 Mo50Cu50和 Mo75Cu25情况有所不同‚由于 铜含量相对较少‚需要更高的压力才能达到较高的 致密度． 表1 Mo－Cu 合金的密度测试结果 Table1 Densities of Mo－Cu alloys g·cm —3 成分 处理方式 2GPa 5GPa 10GPa 5GPa＋A 10GPa＋A Mo25Cu75 9．002 9．031 9．062 9．161 9．178 Mo50Cu50 8．907 9．258 9．309 9．463 9．498 Mo75Cu25 9．099 9．514 9．652 9．717 9．711 注：A 表示加压的同时通加电流 图1 Mo－Cu 合金的相对密度对比 Fig．1 Comparison of relative density of Mo－Cu alloys 当对样品施加一定电流后‚样品的相对密度进 一步提高．这是由于当电流通过样品时‚坯体整体 由于自身电阻产生的焦耳热而获得一定温度‚尤其 是在颗粒结合部位将会获得较高的温度‚发生扩散 传质‚进而形成烧结颈．但是‚从整体上看‚电流的 施加对样品密度增加不是很明显‚一般只增加1％ 左右．这是由于通电时间非常短（65s）‚颗粒因电阻 发热产生焊合只发生在局部区域‚在烧结过程中颗 粒来不及足够的迁移或流动；而且在超高压力下材 料已经达到了相当高的密度‚再提高致密度相对更 困难． 值得注意的是‚从三种试样的通电烧结密度看 出‚在5GPa 的压力下通电烧结试样的密度几乎都 已接近理论密度（98％ 以上）‚再提高压力到 10 GPa‚相对密度增加已经很不明显．这种现象表明‚ 在一般情况下‚Mo75Cu25合金在压力为5GPa 已 经足够‚没有必要继续提高压力．另外‚同样在10 GPa 的压力下‚测试的三个试样中‚Mo50Cu50在不 通电的情况下‚相对密度最低‚通电后反而最高．分 析认为这与试样的成分有关：在 Mo50Cu50的试样 中‚钼铜颗粒的接触面积是最大的‚但在高压作用下 产生孔隙的机会最多‚故不通电时相对密度最低；通 电以后‚钼铜界面发生了扩散传质‚实现了焊合‚挤 走了孔洞‚故密度大大提高． 图2是试样在光学显微镜下的表面形貌（白色 区为铜‚灰色区为钼）．从图2（a）中可以看出‚试样 在2GPa 压力作用下‚材料的致密度不高‚可明显看 到较多孔洞‚主要存在于富钼区以及富钼区与富铜 区的交界处‚富铜区的孔洞较少‚这是由于铜的塑性 较好的缘故；压力增加到10GPa 后‚如图2（b）所示‚ 孔洞明显减少‚材料变得较为致密‚但在富钼区与富 铜区的交界处仍存在较多空隙；在10GPa 下通电‚ 如图2（c）所示‚电流的通入使钼铜材料的颗粒自身 电阻发热‚在颗粒边缘部位达到瞬时高温‚在压力作 用下颗粒发生焊合‚空隙消失‚密度进一步增加‚颗 粒界面变得圆滑． 图3为 Mo50Cu50合金断口的扫描电镜图片． 通电之前的形貌如图3（a）所示‚对 A、B 两处进行能 谱分析‚其中 A 处的成分为 Cu‚B 处的成分为 Mo． 分析认为是在实验条件下‚Mo 颗粒被塑性的 Cu 所 包覆‚断裂发生在铜的薄弱包覆处．在图3（a）中还 可以清晰地看到一些细小的钼颗粒（C 处）‚尺寸大 小在100nm 左右‚这是由于脆性的钼颗粒被压碎所 造成的．通加电流后（如图3（b）所示）‚材料的晶粒 几乎没有长大‚钼颗粒仍然保持在2μm 左右；这是 由于烧结时间很短‚晶粒来不及长大． 从整体上看‚所制备的钼铜合金成分均匀‚结构 致密．烧结过后的成分分布与初始成分分布相同‚ 没有出现文献［6］中的成分偏析‚这与两者的制备方 式的差异有关．首先‚加热方式不同．文献［6］所用 的超高压烧结装置是由石墨作为发热体‚烧结温度 第10期 都 娟等： 超高压力下通电烧结制备钼铜合金 ·1011·