化學共還原制備鎢銅復合粉末工藝研究

徐 玄，戴 琴，歐 邯

（深圳市威勒科技股份有限公司，廣東 深圳 518000）

由于鎢銅復合材料具有良好的熱學性能和電學性能，被廣泛用于大規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。雖然該工藝簡單且容易控制，但是燒結溫度高，時間長，燒結體的性能差，特別是燒結體的密度低，并且不適于制造高性能鎢銅復合材料。高性能鎢銅復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。熔體浸潤后，應通過機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，高均勻度的鎢銅復合粉末成為鎢銅材料工人的重要研究方向[1]。

1 實驗方法

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，并繼續攪拌10分鐘使其得到充分反應。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 實驗結果與討論

（1）鎢銅前驅體的制備。它會影響鎢和銅前體的制備。鎢銅前體的粒子形態影響鎢銅氧化物的粒徑。因此，本文研究了材料濃度，反應溫度，進料速度和分散劑對鎢銅氧化物生成的影響。

1）硝酸用量對鎢銅前驅體的影響。硝酸的量直接影響鎢銅前體中銅的含量。不同量的硝酸對制備鎢銅前體的影響。硝酸在反應體系中起到酸化劑的作用，但過量的硝酸會溶解氫氧化銅沉淀。因此，在控制化學藥劑硝酸的量上，主要選擇適中的量，相關的實驗用量與相應的實驗現象。

2）料液濃度對鎢銅氧化物的粒度形貌影響。考察了料液濃度對鎢銅氧化物中粒徑D50的影響，試驗結果見表1。

表1 料液濃度對鎢銅氧化物粒度的影響

從表1可以看出，當濃度降低時，氧化物D50也降低，影響作用也相對比較大。對不同濃度的液體和液體進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，都有結塊。當材料濃度較高時，鎢氧化銅的團聚較嚴重，且粉末的D50較大[2]。

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

表2 加料速度對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獲得的氧化物形態規則，尺寸精細，分布集中，分散性好。5mL/min的氧化物有許多大的顆粒，這是因為進料速度慢，晶體的生長速度大于成核速度，這為一些核的異常生長提供了空間和時間。

（2）鎢銅前驅體粉末的焙燒。通過在650℃烘烤5小時制備的鎢銅氧化物的X衍射圖。在X射線光譜上沒有發現CuO的衍射峰。通過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，這與實驗結果一致。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，形貌規則且分散良好，這與粒度測試結果一致。

表3 不同焙燒工藝對鎢銅氧化物D50的影響

圖1 750 ℃保溫 2 h 所獲鎢銅金屬復合粉的SEM 形貌照片

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

可以看出，復合粉末的粒徑為約1μm。復合粉末的顆粒為多邊形，Cu相將近似多邊形W顆粒結合在一起，W顆粒分布在Cu相中。粉末的內部結構可以通過化學共沉淀的過程來確定[3]。

3 結論

（1）確定了前驅體粉末的焙燒溫度為650℃，保溫時間為5h，前驅體粉末轉變成WO3和CuWO4-x的混合物，產物粒徑為1μm左右，形貌規則，分散性良好。

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