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钨铜合金材料在不同领域的应用?

来源:   发布时间:2020-01-15   点击量:527

      W-Cu复合材料具有良好的导电性、抗熔焊性和高强度、高硬度等优点,目前在电工行业、电子、军工、航天等领域有着广泛的应用。但是W与Cu之间互不相溶,采用传统的熔渗法和单一的液相烧结法都难得到高致密度的钨铜复合材料。

     本文以W-40wt%Cu为例,采用机械球磨复合粉-冷压制坯-液相烧结-热挤压及热轧制的工艺,可以制备致密、组织细小、性能优异的复合材料。首先对W、Cu单质粉末通过短时间、低速的机械球磨得到均匀的混合粉,之后冷压制坯和液相烧结。经过烧结,通过对W-40wt%Cu液相烧结坯料进行一次热挤压和后续的变形加工实验,发现钨铜材料在一次挤压和二次挤压后,其钨颗粒存在比较明显的塑性变形;而经过一次挤压和轧制的试样并没有这种现象。本文还对钨铜材料的导电率、硬度的变化进行了研究,结果表明,经二次挤压后,钨铜材料的硬度以及导电性能都有明显提高;而经轧制的钨铜材料硬度及导电性能都有所下降。

      

钨铜材料在电工行业的应用

     电触头是整个电器的“心脏”,电器的寿命主要决定于电触头的磨损。钨铜材料电触头在高压开关上已经使用多年,尤其以高压大电流断路器上使用量较大。近年来,钨铜电触头材料的主要发展方向有:进行各种新型高压和低压开关电器配套的钨铜和钨银触头研制,如SF6高压断路器的大尺寸管状触头和钨铜与铜整体连接复合触头,电气火车和新型低压电器的钨铜触头世界上许多国家都非常重视它的研究与开发,出现了各种材料的触头,如W-Cu系触头材料,Cu-Cr系触头材料,含稀土元素的触头材料(如Cu-Bi、Cu-Pb合金中加入稀土元素La、Ce)、低电涌触头材料(如Co-Ag-Se)和无毒经济的Cu-W-Ni-C触头材料等。但这些材料各有其优缺点和应用范围,材料的加工方法对其性能影响较大,比如预先烧结W骨架后再熔浸后获得的复合材料的综合性能要比直接熔浸的要好。所以工艺的选择是使复合材料获得优良性能的前提。

钨铜材料作在电子领域的应用

        钨铜复合材料具有强度高、导电导热性好等优点,所以作为一种新型的电子封装材料受到了电子工程师的青睐,被广泛的应用于功率电子器件(如整流管、晶闸管、功率模块、激光二极管、微波管等)和微电子器件(如计算机CPU、DSP芯片)中,在微波通讯、自动控制、电源转换、航空航天等领域发挥着重要的作用作为一种理想的电子封装材料,必须满足以下几个基本要求:

        1、材料的导热性能要好,能够将半导体在工作时产生的热量及时的散发出去;

        2、材料的热膨胀系数要与Si或GaAs等芯片相匹配,以免芯片的热应力损坏;

        3、材料要有足够的强度和刚度,对芯片起到支撑和保护作用;

        4、材料的成本要尽量低,以满足大规模商业化的应用。另外,在某些特殊的场合,还要求材料具有电磁屏蔽和射频屏蔽的特性。钨含量在70%~90%的钨铜复合材料其热膨胀系数小于7×10-6/℃,而理论热导率可高达190~210W/(m·K),明显地高于传统的纯W、Mo热沉材料,因此钨铜复合材料是一种具有优良性能的低膨胀高导热复合材料。而且,这种材料的导热性和热膨胀性具有可设计性,可根据需要在一定范围内调整。

        

钨铜材料在军工领域的应用

       由于钨铜材料的特殊的性能,在军工领域也有着广泛的应用。在70年代,钨铜复合材料作为导弹的喷管喉衬开始应用在军工生产上,它是以钨粉为原料,先冷压成型,烧结制取多孔钨骨架,然后采用毛细法渗铜制得两相复合材料。该材料由于渗入了铜的作用,提高了钨基体的强度和抗震性能;发动机工作时,渗入钨骨架的铜熔化,汽化蒸发吸收热量,降低喉部温度,起到防护冷却作用;同时也改善了机械加工性能,采用普通的机加工手段就可制成各种形状和尺寸的制品。在80~90年代,完成了燃气舵和鼻锥的试制,并进行了各种改进型导弹的钨铜配件的开发研制。另外,钨铜复合材料还可作为坦克破甲弹的药罩,来提高破甲威力;增程炮的尾喷口,这是利用铜高温挥发形成的发汗冷却作用;利用其耐热性、高导电性和抗电弧、抗摩擦等性能,用作电磁炮的导轨材料等等。

钨铜材料在其他行业应用

       根据钨铜复合材料的各项特性,各种新的可能的用途还在不断地研究和开发中,如它可以作为载荷滑动摩擦轴套的加强筋;各种精密仪表中的零部件;正在发展中的试验聚合反应堆,用它来作为承受和传递大热流的装置材料;其它诸如激光器、通讯设备、办公设备以及体育器材等等,都可以找到钨铜复合材料的用途。

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