鎢銅複合材料通過粉末冶金技術(shù)將鎢的高熔點(diǎn)、高硬度與銅的優(yōu)良導(dǎo)電導(dǎo)熱性相結(jié)合，主要採用熔滲工藝製備。鎢銅複合材料具備高熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的高溫強(qiáng)度、可調(diào)控?zé)崤蛎泜S數(shù)以及良好的導(dǎo)電與抗電弧侵蝕能力。得益於這些特性，鎢銅複合材料被廣泛應(yīng)用於航空航太領(lǐng)域的高溫部件、電子電力行業(yè)的散熱基板與電觸頭，以及高端製造中的電極與電火花加工等領(lǐng)域。
1.鎢銅複合材料的主要特性
高熱穩(wěn)定性
鎢的熔點(diǎn)極高，約為3422℃，而銅的熔點(diǎn)在1083℃左右。在鎢銅複合材料中，鎢形成了連續(xù)的骨架結(jié)構(gòu)，即使溫度很高，材料整體也不會輕易軟化或變形，這種結(jié)構(gòu)讓鎢銅複合材料在高溫環(huán)境下表現(xiàn)出很好的熱穩(wěn)定性，特別適合需要承受極端熱衝擊的場合。
機(jī)械強(qiáng)度
鎢銅複合材料的承載能力主要來自於鎢骨架，所以材料在常溫和高溫下都能保持較高的強(qiáng)度和硬度，可以有效抵抗變形與磨損。即使溫度接近或超過銅的熔點(diǎn)，銅相已經(jīng)熔融，鎢骨架仍能維持鎢銅複合材料的整體結(jié)構(gòu)完整性。在接近或超過鎢熔點(diǎn)的極端高溫下，鎢銅複合材料可以短暫承受數(shù)秒到數(shù)百秒的高溫，屬於典型的暫態(tài)高溫耐受材料。
獨(dú)特的熱管理特性
鎢銅複合材料導(dǎo)熱性能很好，能快速把熱量傳導(dǎo)出去。它的熱膨脹係數(shù)可以通過調(diào)整鎢和銅的比例來控制，使其與矽、砷化鎵等半導(dǎo)體材料及陶瓷基片相匹配，這樣能夠有效降低因溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力，避免器件因此損壞。在極端高溫條件下，如3000℃以上，銅會先液化然後蒸發(fā)，這個(gè)過程能帶走大量熱量，從而明顯降低鎢銅複合材料的表面溫度，這種機(jī)制稱為“發(fā)汗冷卻”，有助於材料在短時(shí)間內(nèi)承受強(qiáng)烈的熱衝擊。
優(yōu)異的電性能
銅相在鎢銅複合材料中提供了很好的導(dǎo)電通道，使材料的整體導(dǎo)電性接近純銅的水準(zhǔn)。這樣在正常工作狀態(tài)下，電流通過時(shí)電阻小、發(fā)熱少、能耗低，適合用作高壓開關(guān)、斷路器觸頭等需要高效導(dǎo)電的部件。
抗電弧侵蝕能力
在高壓開關(guān)開閉的瞬間，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧燒蝕，鎢的高熔點(diǎn)和耐高溫特性讓觸頭在電弧高溫下不易熔化或嚴(yán)重?fù)p耗，銅相則在導(dǎo)電和散熱方面發(fā)揮作用，幫助快速轉(zhuǎn)移熱量，減輕電弧對材料的侵蝕，使材料在嚴(yán)苛的電弧環(huán)境下仍能穩(wěn)定工作。
鎢銅複合材料的主要特性
2.鎢銅複合材料的製備工藝
熔滲法是製備高性能鎢銅複合材料的主要方法，主要包括以下幾個(gè)關(guān)鍵步驟。
首先進(jìn)行鎢骨架成型。選用高純度、細(xì)微性合適的鎢粉，通過壓制成型得到所需形狀的坯體，為了進(jìn)一步提高坯體密度，通常還會採用等靜壓工藝。
接下來是骨架預(yù)燒結(jié)。將壓制好的鎢坯放在高溫保護(hù)氣氛中燒結(jié)，溫度控制在銅熔點(diǎn)以下，這個(gè)過程使鎢粉顆粒之間初步結(jié)合，形成具有一定強(qiáng)度且內(nèi)部孔隙連通的多孔骨架。
然後進(jìn)入熔滲銅相階段。將預(yù)燒結(jié)的鎢骨架和銅料一起放入高溫爐中，加熱到銅的熔點(diǎn)以上，液態(tài)銅依靠毛細(xì)作用自動(dòng)均勻滲入鎢骨架的孔隙裡。採用真空熔滲等方法，可以有效減少殘留氣孔，提高材料的最終緻密度和整體性能。
最後是冷卻和後續(xù)加工環(huán)節(jié)。經(jīng)過冷卻可以得到組織緻密、性能均勻的鎢銅複合材料，這種材料易於進(jìn)行機(jī)械加工，可以通過車削、銑削、磨削或線切割等常規(guī)方法加工成最終需要的零件。
3.鎢銅複合材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域
鎢銅複合材料憑藉其出色的綜合性能，在多個(gè)高技術(shù)領(lǐng)域扮演著關(guān)鍵角色。
在航空航太領(lǐng)域，鎢銅複合材料能耐受高溫燃?xì)鉀_刷並具備良好的抗熱衝擊能力，常被用於製造固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管、喉襯及燃?xì)舛娴雀邷夭考?。國防軍工則利用其高密度和高強(qiáng)度，將鎢銅複合材料應(yīng)用於穿甲彈藥型罩、制導(dǎo)武器鼻錐以及各類配重與彈道平衡部件。
在電子與電氣領(lǐng)域，鎢銅複合材料是重要的電子封裝材料和熱沉基板，廣泛用於大功率微波器件、雷射器和積體電路的散熱管理。同時(shí)，它也是高壓電氣設(shè)備中真空負(fù)荷開關(guān)、避雷器等關(guān)鍵觸頭材料的理想選擇。
在高端製造與加工行業(yè)，鎢銅複合材料作為高性能電極，被用於電火花加工和電阻焊工藝中。與傳統(tǒng)銅或石墨電極相比，鎢銅複合材料具有損耗低、加工精度高、使用壽命長的優(yōu)勢，尤其適合用於硬質(zhì)合金、高碳鋼等難加工材料的成形。此外，它也常見於高壓放電管的電極製造中。
鎢銅複合材料主要應(yīng)用領(lǐng)域
