新材料及其应用

本发明公开了一种组分变化的连续钨铜功能梯度材料及其制备方法，本发明的方法通过控制钨前驱体溶液和铜前驱体溶液的进料速率，将上述两种溶液混合后经计量泵打入喷嘴雾化成雾滴并喷入喷雾热解炉得到组分变化连续的钨、铜氧化物复合粉体。然后将得到的氧化物复合粉体还原、压制、烧结即得到组分变化连续的钨铜功能梯度材料。本发明解决了传统钨铜功能梯度材料由于钨与铜之间热膨胀系数差过大导致层与层之间存在热应力的问题，提高了梯度材料的使用寿命。

钨具有高熔点、高抗溅射性和良好的高温机械性能，铜具有优异的导热性和导电性。由于这些特性，钨铜合金被广泛用于电气和电子工业、高温导体、散热器和许多其他应用。然而，由于钨和铜之间的热膨胀系数和杨氏模量的巨大差异，钨和铜的结合在暴露于高热负荷时在界面处会导致高残余热应力。这些应力可能导致开裂、分层和部件寿命缩短。为了克服这些缺点，提出了一种处理功能梯度材料的替代设计概念，它一面由高钨含量的W‑Cu合金（或纯W）构成，另一面由高铜含量的W‑Cu复合材料（或纯Cu）构成，中间是成分呈连续变化的W‑Cu合金，连续变化的成分特征可以起到缓和材料内部和界面处热应力的作用。

呈多梯度层结构设计的钨铜功能梯度材料在相邻的梯度层之间仍会由于钨和铜的热膨胀系数差引起的热应力影响到梯度材料的使用，有采用增材制造的方法（李涤尘等 一种增材制造铜钨功能梯度材料电触头的方法 专利号 CN 105695982 A）解决这一问题，成分变化连续最小化了由钨和铜的热膨胀系数差引起的热应力，提高了梯度材料的使用寿命。但该方法采用简单机械混合钨粉和铜粉作为增材制造原材料造成了梯度材料微区组织不均匀，影响到了材料的使用性能。

本发明的优点和有益效果体现在：

（1）本发明实现了组分变化连续钨铜功能梯度材料的制备，采用该方法制备的梯度材料不存在传统方法制备的钨铜功能梯度材料层与层之间的界面结合问题，组分的连续变化将钨和铜的热膨胀系数差引起的热应力最小化，提高了材料的使用寿命。

（2）本发明的方法制备出的钨铜功能梯度材料钨铜两相分布均匀，相较于增材制造铜钨功能梯度材料电触头的方法（李涤尘等专利号 CN 105695982 A），通过盐溶液混合所达到的均匀性效果优于机械混合钨粉和铜粉所达到的效果，制备出的钨铜梯度功能材料的微区均匀性更好。

（3）本发明的方法相较于增材制造铜钨功能梯度材料电触头的方法（李涤尘等专利号 CN 105695982 A）中制备出W、Cu粉再混合增材制造的工艺流程更短，采用冷等静压成形钨功能梯度材料，更适合批量生产钨铜功能梯度材料。