·578 北京科技大学学报 2005年第5期 实验中使用高温可控气氛膨胀仪进行烧结 上述结果表明，在H2无压烧结中纳米 收缩曲线测定，最高加热温度可达1900℃，位 W40%Cu合金无论开始收缩速率对应温度和最 移测量精度为0.001mm,可控气氛热压炉温度 大收缩速率对应温度都比较低，这是因为在H气 达到1700℃，最高压力可达50kN,位移测量精度 氛下纳米粉末表面的氧化物被还原从而提高了 为±0.001mm.设定升温速度为10℃-min',最高 烧结活性.更重要的是WCu粉末粒度进入纳米 温度均为1200℃，并在此温度下保温30min.试 级时，表面活性原子的数量急剧增加，大大加快 样冷却后用水静法测量烧结密度，用扫描电镜 了表面原子的扩散速度和晶界扩散速度，从而烧 SEM(LEO1450)观察试样的组织. 结驱动力大幅提高，因此在相对低温下即可收 使用GLEEBLE力学试验机分别在300℃和 缩，并且收缩温度范围很宽. 500℃下测定W-40%Cu合金的应力一应变曲线. 2.2纳米W、常规Cu机械混合粉和纳米W40% 用布洛氏硬度计测定合金的硬度值 Cu化学混合粉的H,热压烧结动力学曲线 2实验结果及讨论 图3是纳米W常规，Cu机械混合粉的H2热 压烧结收缩动力学曲线（压强为26.5MPa),由 2.1纳米W40%Cu化学混合粉的H,无压烧结 图3可以看出，在H热压烧结下，纳米W、常规Cu 动力学曲线 机械混合粉的开始收缩温度约为500℃：随着温 图2为化学混合粉H中无压烧结的合金收 度的升高，在900℃附近收缩速率加快，当温度达 缩过程.从图2(a)中可以看出，在H2条件下，粉末 到1070℃时收缩速率达到最大值，温度为1 压坯的开始收缩温度为360℃：随着温度升高 180℃时停止收缩.合金在1200℃保温1h,最终 收缩加快，到980℃时收缩速率达到最大值，当 合金相对密度为90%.图4为纳米W40%Cu化学 温度达到1180℃时收缩停止，见图2(b).合金在 混合粉H中热压烧结的收缩动力学曲线.由图4 1200℃保温1h,最终合金的相对密度为97%. 可知，开始收缩温度为450℃，930℃时收缩速率 (a)收缩动力学曲线 1200 (b)收缩速率曲线 12 10 0.18 10 1000 0.14 8 6 '1_ 800 6 0.10 4 600 0.06 0.02 0 400 1 0.02 60 80 100 120 3004005006007008009001000 时间min 温度/℃ 图2纳米W40%Cu合金H烧结收缩曲线 Fig.2 Shrinkage kinetic curves of the nanoscale W-Cu alloy sintered in H: 1200 12 (a)收缩动力学曲线 12)收缩速率曲线 0.24 10 10 1000 0.20 8 800 P 6 6 0.12 4 0.08 600 0.04 2 0 400 0 0.02 0 6080 100 120 400 600 8001000 1200 时间min 温度/℃ 图3纳米W、常规Cu机械混合粉的H,热压烧结收缩曲线(26.5MPa) Fig.3 Shrinkage kinetic curves of nanoscaled W and traditional Cu sintered with hot pressing in H:(26.5 MPa)北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 5 年 第 5 期 实 验 中使 用 高 温 可 控 气 氛 膨胀 仪 进 行烧 结 收 缩 曲线测 定 , 最 高加 热温度 可 达 1 9 0 ℃ , 位 移 测 量精 度 为士 .0 0 01 ~ . 可 控 气 氛热 压 炉 温度 达 到 1 7 0 0 ℃ , 最高 压 力可 达 50 咖 , 位移 测 量精 度 为 士 .0 0 01 ~ . 设定 升温速 度 为 10 ℃ · m in 一 ’ , 最 高 温 度 均 为 1 20 0 ℃ , 并在 此温 度 下 保温 30 r o l n . 试 样 冷 却 后用 水 静 法 测 量 烧 结 密度 , 用 扫 描 电镜 s E M ( L Eo l 4 5 0 )观 察试 样 的组织 . 使 用 G L E E B L E 力 学试 验机 分 别 在 3 0 ℃ 和 5 0 ℃ 下 测定 W共O% C u 合金 的应 力一应变 曲线 . 用 布 洛 氏 硬 度 计测 定 合金 的硬 度 值 . 2 实 验结 果 及 讨 论 .2 1 纳米 W ` 4 0 % C u 化 学混 合粉 的 H : 无压 烧 结 动 力学 曲线 图 2 为 化 学混 合 粉 H Z 中 无压 烧 结 的合 金 收 缩过 程 . 从 图 2 (a) 中可 以看 出 , 在 H Z条 件 下 , 粉 末 压 坯 的 开 始 收 缩 温度 为 3 60 ℃ ; 随 着 温 度 升 高 收 缩 加快 , 到 9 80 ℃ 时收缩速 率 达 到最 大值 , 当 温 度达 到 1 18 0 ℃ 时 收缩 停 止 , 见 图 2 (b) . 合 金在 1 20 0 ℃ 保 温 l h , 最 终合 金 的相 对 密度 为 97 % . 上 述 结 果 表 明 , 在 H Z 无 压 烧 结 中 纳 米 w - 4 0% C u 合 金无 论 开 始收 缩 速率 对 应温度 和 最 大 收缩速率 对应 温度 都 比 较 低 . 这 是因 为在 玫气 氛 下 纳 米 粉末 表 面 的氧 化 物 被还 原从 而 提 高 了 烧 结 活性 . 更 重要 的 是 W` C u 粉末 粒 度进 入 纳 米 级 时 , 表面 活 性原 子 的 数量 急 剧增 加 , 大 大加 快 了表面 原子 的扩 散速 度和 晶界扩 散速 度 , 从而烧 结 驱 动 力 大幅 提 高 , 因 此在 相 对 低 温 下 即可 收 缩 , 并且 收缩 温度 范 围很 宽 . .2 2 纳 米 W 、 常规 C u 机 械 混 合粉和 纳 米 W -4 0 % C u 化学 混合 粉的 玩 热 压 烧结 动 力 学 曲线 图 3 是 纳米 W 常规 , C u 机械混 合 粉 的 凡 热 压 烧 结 收缩 动 力学 曲线 ( 压 强 为 26 .5 M aP ) , 由 图 3可 以看 出 , 在 H Z热压 烧结下 , 纳米 W 、 常规 C u 机 械 混合 粉 的 开始 收缩 温 度 约 为 5 0 ℃ ; 随着 温 度 的升 高 , 在 9 0 ℃ 附近 收缩 速 率加 快 , 当温度 达 到 1 0 7 0℃ 时 收 缩 速 率 达 到 最 大 值 , 温 度 为 l 180 ℃ 时停 止 收缩 . 合 金 在 1 2 0 ℃ 保 温 l h , 最 终 合 金相 对密 度 为 90 % . 图 4 为 纳米 W-4 O% C u 化 学 混 合粉 玩 中热压烧 结 的收缩 动 力 学 曲线 . 由图 4 可 知 , 开始 收缩 温度 为 4 50 ℃ , 9 30 ℃ 时收 缩 速率 八石64 石, 、咧螃娜日 0 nUO _ 山,八曰 _ } (a) 收缩动力学 曲线 , 2 10「 卜 1。 「(b) 收缩速率曲线 0 . 1 8 ~ 户 0 . 14 书· 昌 。 · ’ 0 且 0 . 0 6 哥 瑕 。 . 0 2 孽 、侧明g R n0n0 ùùO QO 46 口州日、咧瞬娜 刁 . 0 2 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 12 0 时间 m/ in 3 0 0 4 0 0 5 0 0 60 0 7 0 0 80 0 9 0() 1 0() 0 温 度 /℃ 图 2 纳 米 W闷0% C u 合金 2H 烧结收 缩 曲线 F ig · 2 S b r lu 如罗 匕 . e找e e u四 e , o f ht e n a . o s c a l e w 山 C u a ll o y s i n et r ed i n H : ǎ ō 。二尸 l 昌 · í瓣瑕螃邻昌 l 2 l 0 ( a) 收缩动力学曲线 b( )收缩速率 曲线 0 . 2 4 0 . 2 0 0 . 16 0 . 12 0 0 8 0 . 04 n ù 0 nn 乙, 0 46 `, 啊甥邻、日 、侧明尸 n ù 0OC no 八凡 ó 64 4Zn ù 咧甥邻、日 0 刊〕 . 0 2 2 0 4 0 6 0 8 0 时 间 m/ in 10 0 12 0 4 0 0 6 0 0 8 0 0 1 0 0 0 温度 /℃ 图 3 纳 米 W 、 常规 C u 机械 混合 粉的 玩 热压 烧结 收缩 曲线 ( 2` .S M p a ) lF g · 3 S h ir n ka 罗 址 . e n c c u Vr es o f n a n o s c a 卜d w a n d tr a d i iot n a l C u 血et 砚d 就t血 h o t p r e . , 恤 g i n lZ ( 2` . S M p a )