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广东钨铜厂家带您了解钨铜复合材料的制备方法

  钨铜是钨和铜组成的合金,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。
  钨铜复合材料由高熔点、高密度及低膨胀系数的钨和高导电、高导热的铜组成,兼具二者的优越性能,如具有高导电导热性能、低膨胀系数、良好的高温强度和抗电弧烧蚀性能等。早在上世纪三十年代,钨铜复合材料由于其良好的耐压强度和耐电烧蚀性能,在高压电器开关等工业部门获得了广泛应用。进入六十年代,钨铜复合材料逐渐在电阻焊电极、航空航天耐高温零部件等领域获得应用。此后,随着制备技术的逐步提高,于九十年代作为电子封装和热沉材料开始在大规模集成电路和大功率电子器件等领域获得了广泛应用。进入二十一世纪,钨铜复合材料更是作为破甲弹药罩材料、导弹喷管材料及靶材等在军事及高新技术领域引起关注。
  现在,钨铜复合材料由于其良好的导电、导热性能及优异的热稳定性,已成为大功率微波器件和超大规模集成电路基片、嵌块、连接件及散热元件等不可缺的关键材料,其高导热、高热稳定性及良好的近净尺寸成形性,可提高微电子器件的使用功率,有利于实现器件的小型化和精密化发展。钨铜复合材料的低热膨胀系数及其热膨胀系数的可调节性,有利于其与微电子器件中硅片、砷化镓等半导体材料及管用陶瓷材料的连接匹配,避免热应力导致的热疲劳破坏,拓宽了钨铜复合材料在微电子领域的应用范围。
  钨铜复合材料的制备方法
  高温液相烧结法制备钨铜复合材料
  高温液相烧结法,是将钨粉和铜粉按一定比例进行配料、混合(同时加入润滑剂)、成形,并在铜与钨熔点之间的温度下进行材料的烧结和致密化的钨铜复合材料制备方法。这种方法的特点是生产工序简单易控,但烧结温度高、烧结时间长、烧结的性能较差,复合材料烧结致密度只为理论密度的90%~95%,很难得到高致密度的钨铜合金。这是由于在普通状态下液相铜在钨表面的润湿性不好,所以在采用普通的/粉末混合+成型+烧结0工艺制备钨铜合金时,其烧结致密化过程不会发生Kingery理论中的溶解析出机制,而主要是由颗粒的重排机制所控制。人们为了提高这种方法的烧结致密度,就不得不增加复杂的烧结后处理工序,如复压、热锻、热压等,从而增加了制备工艺的复杂性,使这种制备方式的应用受到一定的限制。
  熔渗法制备钨铜复合材料
  熔渗法,是先制备出一定密度、强度的多孔钨颗粒骨架,再利用金属铜液在毛细管力作用下沿钨颗粒间隙流动并对多孔钨骨架进行填充和润湿的方法。用熔渗法制备高钨钨铜复合材料的优点是致密度高,烧结性能好,热导和电导性能好,缺点是熔渗后需要进行机加工以去除多余的渗金属铜,增加了机加工费用,降低了成品率。熔渗法对进一步改善复合材料的韧性有一定好处,因此,熔渗法是目前制备高钨钨铜复合材料应用最为广泛的方法。
  活化液相烧结法制备钨铜复合材料
  钨铜复合材料的活化液相烧结,是指在钨铜复合材料中加入Co、Ni、Fe、Pd等第三种活化金属元素来促进与改善钨铜复合材料烧结过程的一种特殊方法。通过添加Ni、Pd等元素,能提升钨在铜液相中的溶解度,使铜对钨的浸润性得到明显改善,相对致密度得到提高。通过添加Co或者Fe,能够促进固相钨颗粒之间的烧结,使钨铜复合材料相对致密度、断裂强度和硬度会出现快速增加。但遗憾的是,活化剂的加入会影响钨铜复合材料的热导、电导性能,这对导热、导电性能要求较高的电子材料来说是极为不利的,所以该方法一般只应用于对热导、电导性能要求不高的钨铜复合材料的制备上。
  钨铜复合材料愿景
  钨铜复合材料虽然已被广泛应用于工业生产的许多方面,其制备新工艺、新技术也日趋成熟,但仍存在一些亟待解决的问题。其中,最重要的一点便是目前很多高性能钨铜复合材料虽然能够在实验室中研制成功,但离真正意义上的工业化生产还具有一定的距离。因此,开发出简单易行的钨铜复合材料制备技术将是未来钨铜复合材料制备工艺研究的热点。近年来,随着超细粉末制取工艺的发展,采用共还原超细钨铜混合化合物制得超细钨铜混合粉末,以及采用高能球磨工艺制取纳米晶钨铜混合粉末等新工艺的出现,使得超细粉末制备钨铜合金的优势逐渐得到体现。由超细钨铜粉末制备的钨铜复合材料具有非常高的致密度和高的导热、导电性能,具有按传统常规方法制备的钨铜复合材料所无法比拟的优点。这是因为超细粉末具有一系列优良的特点:如粉末的晶粒细小(100nm以下),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,烧结温度低且致密化快等,这也使得直接一次性烧结制备高密度钨铜复合材料成为可能。由于这种工艺改变的只是粉末原料,而对其他制备工艺如压制成型与烧结方法尚无太高的要求,因此研究超细钨铜混合粉制备高性能钨铜复合材料将是一条较有前的规模化生产高性能钨铜复合材料的途径,它的实现将进一步扩大钨铜复合材料的应用领域,大大提高我国钨铜合金及元器件工业制备技术的水平,并可充分发挥我国钨资源丰富的优势。
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