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钨铜合金的分类及生产工艺

作者: 来源: 日期:2014-11-10 15:56:14 人气:3062

  今天的主题是顾名思义今天的主题是钨铜合金。什么是钨铜合金?钨铜合金的分类有哪些?钨铜合金的特性有哪些?钨铜合金的应用领域主要是哪几块?带着这些疑问我们就开始今天的主题吧。在开始钨铜合金的分类及生产工艺之前先来看看什么是钨铜合金。

  钨铜合金的分类及生产工艺之钨铜合金的定义

  钨和铜组成的合金。常用合金的含铜量为10%~50%。合金用粉末冶金方法制取,具有很好的导电导热性,较好的高温强度和一定的塑性。在很高的温度下,如3000℃以上,合金中的铜被液化蒸发,大量吸收热量,降低材料表面温度。所以这类材料也称为金属发汗材料。钨铜合金有较广泛的用途,主要是用来制造抗电弧烧蚀的高压电器开关的触头和火箭喷管喉衬、尾舵等高温构件,也用作电加工的电极、高温模具以及其他要求导电导热性能和高温使用的场合。

钨铜合金的分类及生产工艺

  钨铜合金的分类及生产工艺之钨铜合金的特性

  钨铜合金综合铜和钨的优点,高强度、高比重、耐高温、耐电弧烧蚀、导电电热性能好、加工性能好。采用高品质钨粉及无氧铜粉,应用等静压成型(高温烧结-渗铜),保证产品纯度及准确配比,组织细密,性能优异.断弧性能好,导电性好,导热性好,热膨胀小。

钨铜合金的分类及生产工艺之钨铜合金的物理指标

合金牌号

比重

热导率

热膨胀系数

WCu7

17.5

150

5.5

WCu10

17.0

160

6.2

WCu15

16.2

170

6.9

WCu20

15.4

180

7.4

WCu25

14.7

200

8.0

WCu30

14.1

220

8.8

  钨铜合金的分类及生产工艺之钨铜合金的主要应用

  钨铜合金综合了金属钨和铜的优点,其中钨熔点高(钨熔点为3410℃,铜的熔点1080℃),密度大(钨密度为19.34g/cm3,铜的密度为8.89g/cm3);铜导电导热性能优越,钨铜合金(成分一般范围为WCu7~WCu50)微观组织均匀、耐高温、强度高、耐电弧烧蚀、密度大;导电、导热性能适中,广泛应用于军用耐高温材料、高压开关用电工合金、电加工电极、微电子材料,做为零部件和元器件广泛应用于航天、航空、电子、电力、冶金、机械、体育器材等行业。

  1.军用耐高温材料

  钨铜合金在航天航空中用作导弹、火箭发动机的喷管、燃气舵、空气舵、鼻锥,主要要求是要求耐高温(3000K~5000K)、耐高温气流冲刷能力,主要利用铜在高温下挥发形成的发汗制冷作用(铜熔点1083℃),降低钨铜表面温度,保证在高温极端条件下使用。

  2.高压开关用电工合金

  钨铜合金在高压开关128kVSF6断路器WCu/CuCr中,以及高压真空负荷开关(12kV40.5KV1000A),避雷器中得到广泛应用,高压真空开关体积小,易于维护,使用范围广,能在潮湿、易燃易爆以及腐蚀的环境中使用。主要性能要求是耐电弧烧蚀、抗熔焊、截止电流小、含气量少、热电子发射能力低等。除常规宏观性能要求外,还要求气孔率,微观组织性能,故要采取特殊工艺,需真空脱气、真空熔渗等复杂工艺。

  3.电加工电极

  电火花加工电极早期采用铜或石墨电极,便宜但不耐烧蚀,现在基本上已被钨铜电极顶替。钨铜电极的优点是耐高温、高温强度高、耐电弧烧蚀,并且导电导热性能好,散热快。应用集中在电火花电极、电阻焊电极和高压放电管电极。

  电加工电极特点是品种规格繁多,批量小而总量多。作为电加工电极的钨铜材料应具有尽可能高的致密度和组织的均匀性,特别是细长的棒状、管状以及异型电极。

  4.微电子材料

  钨铜电子封装和热沉材料,既具有钨的低膨胀特性,又具有铜的高导热特性,其热膨胀系数和导热导电性能可以通过调整钨铜的成分而加以改变,因而给钨铜提供了更广的应用范围。由于钨铜材料具有很高的耐热性和良好的导热导电性,同时又与硅片、砷化镓及陶瓷材料相匹配的热膨胀系数,故在半导体材料中得到广泛的应用。适用于与大功率器件封装材料、热沉材料、散热元件、陶瓷以及砷化镓基座等。

  钨铜合金的分类及生产工艺之钨铜合金的分类

  钨铜合金的主要分类有:

  一、钨铜电极

  焊接电极

  钨铜合金具有耐高温,耐电弧烧蚀,高比重和高导电导热性能并且易于机械加工适用于焊接电极中使用。

  二、钨铜合金棒

  钨铜是利用高纯钨粉优异的金属特性和高纯紫铜粉的可塑性、高导电性等优点,经静压成型、高温烧结、溶渗铜的工艺精制而成的复合材料。断弧性能好,导电导热好,热膨胀小,高温不软化,高强度,高密度,高硬度。

  三、钨铜电子封装片

  钨铜电子封装材料:既有钨的低膨胀特性,又具有铜的高导热特性,其热膨胀系数和导电导热性可以通过调整材料的成分而加以改变,从而给材料的使用提供了便利。

  四、钨铜管

  钨铜合金管在硬质合金和难溶金属中有广泛运用。因钨铜合金易于机械加工,所以在表面需要易于切削加工并要求内直径小的情况下,钨铜管的运用发挥了很大的作用。

  五、钨铜合金丝

  第一块内容钨铜合金的分类及生产工艺之钨铜合金的分类已经全部讲完,那我们废话不多说来看看第二块内容钨铜合金的分类及生产工艺之钨铜合金的生产工艺。

  钨铜合金的分类及生产工艺之钨铜合金的生产工艺

  钨铜合金的生产工艺:

  1、钨铜熔渗法

  熔渗法是将钨粉压制成坯块,在一定温度下预烧制备成具有一定密度和强度的多孔钨基体骨架,然后将熔点较低的金属铜熔化渗入到钨骨架中,从而得到较致密钨铜材料的方法。其机理主要是当金属液相润湿多孔基体时,金属液在毛细管力作用下沿颗粒间隙流动填充多孔钨骨架孔隙,从而获得较致密的材料。采用该方法可以改善钨铜材料的韧性。采用熔渗法所制备的高致密度钨铜复合材料,其导热和导电性能良好,但因钨骨架很难做到孔隙全部连通及大小一致,且熔渗后的产品也很难保证铜分布的均匀性,从而势必影响到材料性能。随着粉末增塑近净成形技术的发展和现代科学技术对零部件形状复杂程度要求的提高,钨骨架的制备已由单一的传统粉末冶金模压成形向挤压成形和注射成形方向发展。如美国的RMGerman等人采用注射成形技术制备钨骨架,获得了较好的效果,他们将预先制备的钨骨架经900℃预烧,在1500℃熔渗9O~120min,所获得的合金性能优良。由于该方法所制备钨铜复合材料的性能优良,因此应用最为广泛。然而,采用该方法也有很大的不足,具体表现在熔渗后需要进行机加工以去除多余的金属铜,增加了后序机加工费用,降低了成品率,而且也不利于在形状复杂零部件中采用。

  2、钨铜高温液相烧结

  高温液相烧结是将钨粉和铜粉按一定比例混合、压制、液相烧结而制得钨铜复合材料的工艺方法。传统作法通常在高于铜熔点300℃以上进行高温液相烧结使其致密化,特点是生产工序简单,但存在烧结温度高,烧结时间长、铜大量挥发、烧结性能较差、烧结密度较低(只为理论密度的90~95)等缺点,不能满足使用要求。因此,为了提高材料密度,在液相烧结之后需增加相关后处理工序如复压、热压、热煅等,然而却增加了工艺的复杂性,应用受到限制。AKBhallal8等人采用爆炸压实法制备的钨铜材料,具有较好高温液相烧结效果。另外,在高温液相烧结过程中发现,钨、铜粉末的粒度大小也影响钨铜复合材料的烧结致密度,粉末越细,获得的烧结致密度越高。

  3、钨铜粉末的超细/纳米化及一步烧结近全致密法

  超细/纳米粉末具有一系列优良的特点:如粉末的晶粒细小,比表面积大,粉末之间的接触界面大,表面活性大,烧结驱动力大,在不需要添加任何活化剂的情况下,烧结温度低、致密化快,而且致密度高,性能好。因此用超细粉末制备的钨铜复合材料具有非常高的致密度、高的导热导电性能、非常细小且均匀的显微组织结构,具有传统常规方法所制备钨铜复合材料无可比拟的优点。超细/纳米钨铜复合粉末的制备方法有多种,如机械合金化(MA),溶胶一凝胶法(Sol—Ge1),机械一热化学工艺合成法(Mechano—ThermochemicalProcess)等。

  4、钨铜活化液相烧结

  活化液相烧结是采用在钨铜材料中加入微量(0.1~0.5)Pd、Ni、Co、Fe等第三种金属元素的方法,促使不溶解于铜的钨相溶解于铜相中,而在液相烧结过程中形成含有这些金属元素的7相。与高温液相烧结法相比,该方法不仅降低了烧结温度,缩短了烧结时间,而且烧结致密度大大提高。JLJohnsonl1等人研究了采用过渡族元素Pd、Ni、Co、Fe对钨铜材料烧结的活化效果。研究表明Co、Fe的活化效果最好,可明显提高钨铜材料的致密度,Ni、Pd在W—Cu中的活化效果不明显,比其在纯钨粉中的活化效果要差,其原因为Ni、Pd与Cu形成无限固溶体,不能起到活化效果,而Co、Fe与Cu只形成有限固溶体,在烧结过程中微量元素形成的第二相会在晶界中析出,并形成金属间化合物,促使钨的致密化。JLJohnson和RMGerman等人对W—lOCu系的研究还表明,当Co含量为0.35时,于1300℃烧结1h后的材料性能很好。活化强化液相烧结可使钨铜材料获得较高的相对密度、硬度、抗弯强度等性能。但值得注意的是,活化剂的加入会影响高导电相铜的导电和导热性能,从而显著降低了材料的导热导电性能,这对要求高导电导热性的微电子材料来说是不利的。因此该方法所制备的材料只适用于导电、导热性能要求不高的场合。

  钨铜合金牌号大家都了解了,我们来说下钨铜合金的辨别方法:如果知道钨铜含量,可以根据密度计算,这是比较粗略的识别。最科学的验证是去做X射线衍射分析,能精确的看出物质中所含元素。

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