钨铜复合材料作为一种性能优异的功能材料,在集成电路、触头材料、电火花加工、等离子电极、高温模具以及其他要求导电导热性能和高温使用的场合等方面得到广泛应用,成为当今研究的热点之一。随着现代科学技术的发展,对钨铜复合材料质量和性能都提出了更高的要求,也对材料制备工艺提出新的开发要求。目前,熔渗技术在制备高性能钨铜复合材料方面被广泛应用,通过改进传统熔渗烧结技术,开发高效、节能和环保的钨铜复合材料熔渗烧结新技术,具有十分重要的现实意义。微波烧结具有升温速度快、能源利用率高、加热效率高和安全无污染等特点,在材料制备领域已发展成为制备高质量新材料的重要技术手段,特别是在粉末冶金材料制备中具有广阔的应用空间。本论文结合熔渗法制备高性能钨铜复合材料技术特点和微波烧结技术优势,提出采用微波加热熔化金属铜粉以及熔渗烧结钨铜复合材料制备新工艺,并开展了金属铜粉在微波场中的熔化特性、微波加热金属铜粉机理、以及钨铜复合材料制备和相关性能等方面研究。(1)系统开展了金属铜粉在微波场中的升温特性研究,定量描述金属铜粉在微波场中的升温曲线,对微波加热金属铜粉至熔化过程中的微观结构变化和致密化进行分析,并开展微波加热金属铜粉烧结动力学研究。结果表明微波对金属铜粉有较好的加热特性,可快速将金属铜粉加热至熔化,且微波对金属铜熔体仍有一定的加热效果；此外,微波加热金属铜粉的升温速率与粒径的倒数呈线性关系,即随粒径的减小,微波加热效率及升温速率也越高。微观结构观察和密度测定结果显示,当温度低于900℃时,铜粉烧结体的密度变化不大,而当温度高于900℃以后,烧结体的致密化过程明显加速,且在熔点以下烧结时,物质的迁移以颗粒内部扩散迁移为主；通过烧结机构研究表明,微波加热金属铜粉烧结过程中密度的变化符合综合作用机制,且烧结过程中的物质迁移方式符合粘性流动烧结规律。(2)探讨了微波加热金属铜粉的作用机理,测定了金属铜粉的升温介电特性,表征了微波对金属铜粉的趋肤性能,并描述了金属铜在微波场中的电耦合特性,针对微波熔化金属铜粉开展了相关机理研究。结果表明,金属铜粉具有一定的等效介电特性,且随温度的升高,铜粉介电常数和介电损耗升高到一定程度后趋于稳定并出现降低趋势,表明微波加热铜粉到一定温度后,通过介电损耗进行加热的方式将减弱。通过计算表明微波对细颗粒金属铜粉具有一定趋肤深度和较大的作用体积,对粒径为25μm的规则球状铜粉,微波作用体积为28.6%,而对枝状铜粉来说,其表面均为3-5μm直径的球冠结构,微波可以实现对其进行整体加热,具有更好的加热效果。针对金属在微波场中的电耦合特性,表征了金属铜在微波场中的趋肤效应,结果显示铜在微波电磁场作用下表面会聚集高密度的电荷而产生电势差,当微波输出功率为2kW时,间距为320μm、直径为1cm的两个对偶金属铜块表面单位面积互耦电压可达335 V/cm2,且随作用面积的减小而呈向上抛物线增加,因此,在铜粉表面接触时可以通过电导损耗和尖端放电效应使金属铜粉表面快速升温。此外,在微波作用下变化的磁场将在金属铜粉表面产生不同形式的涡流,在达到一定温度后,由涡流而产生的微波能量损耗将是金属铜粉加热的主要机制。(3)开展了微波熔渗烧结技术制备钨铜复合材料相关工艺研究,并对材料的显微结构、孔隙分布、密度、硬度、热导率、电导率及热膨胀性能等进行了分析和测定。研究了铜粉含量、烧结温度和时间、钨粉粒径等主要因素对材料显微结构和物理机械性能的影响,探索了微波熔渗烧结钨铜复合材料烧结工艺、组织结构及材料性能间的关联特性。研究结果表明,该工艺中金属铜对钨颗粒的包覆性好,添加5%、8%和20%铜粉的钨铜复合材料的孔隙率分别为3.40%、2.57%和1.23%,随铜粉添加量的增加,材料的孔隙率逐渐减小。钨铜复合材料的密度随温度的升高而增加,而当烧结温度高于1200℃时,材料已基本实现致密化,此时WCu20复合材料密度达到15.25g/cm3,相对密度为97.51%,继续升高温度时密度增加平缓。材料的硬度随铜含量的增加而减小,且随温度的升高,硬度呈先增加后降低的趋势,当烧结温度为1200℃、保温1h时,WCu20复合材料硬度为222HBS,具有较好的性能。物理性能测试结果表明,材料的热导率随温度升高呈现两个不同的下降速率,铜含量影响热导率降低的速率及其转变温度；热膨胀系数随温度的升高而线性增加,在37-40℃区间内,WCu8复合材料和WCu20复合材料的平均热膨胀系数分别为6.5×10-6/-C和8.5×10-6/0C,具有较低的热膨胀系数；而电导率测试结果显示较优的性能,WCu5、WCu8和WCu20复合材料的电导率(IACS%)分别为26%、33.5%和37%,达到国家标准规定的要求。(4)结合微波熔渗烧结钨铜复合材料的工艺特征和研究热点,开展了以钨粉表面镀铜为原料通过微波熔渗烧结制备WCu20复合材料新工艺研究,同时开发了微波热压烧结新装备,并开展微波强化热压烧结钨铜复合材料新工艺研究。采用化学镀的方法在钨粉表面镀铜,结果显示在温度为60-C,pH值为12-13时,以甲醛(53m1/L)作为还原剂,铁氰化钾(0.3g/L)作为稳定剂,采用酒石酸钾钠(15g/L)和EDTA-2Na (19g/L)共同作为络合剂的情况下,钨粉表面镀层厚度相对均匀,大致在0.8-1μm左右范围,化学镀铜效果较好；采用镀铜钨粉为原料进行微波熔渗烧结制备WCu20复合材料,组织结构分布均匀,复合材料的密度相对较高,在1100-C条件下烧结1h可达15.22g/cm3,相对密度为97.13%。微波热压烧结制备的WCu20复合材料具有组织均匀、结构致密和机械性能好等优点,在微波强化热压烧结条件下,有利于铜组元的晶面滑移,促进铜在材料中的迁移和颗粒重排,从而快速实现材料基体的均匀化和致密化,结果显示在40MPa压力下烧结WCu20复合材料的密度为15.42g/cm3,相对密度达98.65%,表现出更优的烧结性能,具有更大的应用空间和技术推广。