鎢的兩相合金主要分為兩種類型。第一種是液相燒結(jié)型，通過低熔點金屬粘結(jié)相，如鎳鐵或鎳銅，將鎢顆粒連接，在提供高密度的同時增強(qiáng)韌性。第二種是彌散強(qiáng)化/復(fù)合材料型，以鎢為基體，均勻摻入氧化物或銅、銀等第二相顆粒，旨在提高導(dǎo)電導(dǎo)熱性或改善高溫強(qiáng)度等特定性能。這兩類材料因其不同的兩相結(jié)構(gòu)，在軍工、電子、核能等領(lǐng)域有重要應(yīng)用。
一、鎢的液相燒結(jié)型兩相合金
鎢的液相燒結(jié)型兩相合金是一種重要的工業(yè)材料，由高熔點鎢顆粒和低熔點金屬粘結(jié)相構(gòu)成。在燒結(jié)過程中，粘結(jié)相首先熔化成液態(tài)，將鎢顆粒緊密結(jié)合在一起，從而實現(xiàn)材料的致密化。從微觀結(jié)構(gòu)看，鎢的液相燒結(jié)型兩相合金中球形鎢晶粒均勻分布在韌性較好的粘結(jié)相基體中，鎢晶粒通常占總體積的85%~98%，它們本身硬度高但脆性大，粘結(jié)相則相對軟一些，負(fù)責(zé)提供韌性。根據(jù)粘結(jié)相成分的不同，鎢的液相燒結(jié)型兩相合金主要分成鎢鎳銅和鎢鎳鐵兩種類型。
1.鎢鎳銅合金
鎢鎳銅合金的粘結(jié)相是鎳銅固溶體，整體基本無磁性，這主要是因為粘結(jié)相呈奧氏體結(jié)構(gòu)，且銅的加入削弱了鎳對鎢的磁化作用，而這也是它跟鎢鎳鐵合金最大的不同。鎢鎳銅合金的耐腐蝕性能較好，在潮濕或中性環(huán)境中表現(xiàn)突出。但銅對鎢的潤濕性不如鎳鐵好，所以燒結(jié)后的致密度和強(qiáng)度稍低，整體密度也比同鎢含量的鎢鎳鐵合金低一點。鎢鎳銅合金主要應(yīng)用于需要高密度且無磁性的場合，例如陀螺儀轉(zhuǎn)子、核磁共振設(shè)備的屏蔽部件，以及某些高端機(jī)械表的擺陀。
2.鎢鎳鐵合金
鎢鎳鐵合金是這類材料中最常見、應(yīng)用最廣泛的類型。鎢顆粒被面心立方結(jié)構(gòu)的鎳鐵粘結(jié)相包裹，由于鎳鐵液相對鎢的潤濕性良好，燒結(jié)易達(dá)到高致密度，因此鎢鎳鐵合金在強(qiáng)度、塑性和密度方面能夠取得較好平衡，綜合性能優(yōu)異，并且粘結(jié)相具有鐵磁性。鎢鎳鐵合金的典型應(yīng)用包括動能穿甲彈的彈芯、各種配重塊，如航空航天、賽車、高爾夫球頭，以及醫(yī)療和工業(yè)輻射屏蔽部件。
鎢的液相燒結(jié)型主要兩相合金
二、鎢的彌散強(qiáng)化/復(fù)合材料型兩相合金
鎢的彌散強(qiáng)化及復(fù)合材料型兩相合金的特點是以鎢作為連續(xù)基體，其中均勻分散著細(xì)小且穩(wěn)定的第二相顆粒。這些第二相顆粒的主要作用是強(qiáng)化鎢基體，并有針對性地提升高溫強(qiáng)度、抗輻照性能或?qū)щ妼?dǎo)熱等特定方面。這類材料主要有三種重要類型。
1.氧化物彌散強(qiáng)化鎢合金
氧化物彌散強(qiáng)化鎢合金是在鎢基體中均勻分布納米級氧化物顆粒，常見的有氧化鑭或氧化釷，形成如W-La?O?或W-ThO?等合金。彌散的氧化物顆粒能夠有效釘扎晶界，大幅提高再結(jié)晶溫度，從而使材料在高溫條件下保持較高的強(qiáng)度和抗蠕變能力，這些顆粒還能捕獲輻照產(chǎn)生的嬗變產(chǎn)物，提高材料在輻射環(huán)境下的抗腫脹和抗脆化性能。所以，氧化物彌散強(qiáng)化鎢合金主要用于核聚變反應(yīng)堆的面向等離子體部件、高溫爐發(fā)熱體以及其他高溫結(jié)構(gòu)件。
2.鎢銅復(fù)合材料
鎢銅復(fù)合材料不是真正的合金，而是鎢與銅的兩相機(jī)械復(fù)合，兩者互不固溶。鎢銅復(fù)合材料的典型結(jié)構(gòu)為鎢形成骨架或顆粒，銅相填充其間。這種組合提供了優(yōu)異的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，通過調(diào)整鎢含量，可以使鎢銅復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)與陶瓷或半導(dǎo)體材料匹配，同時具有良好的抗電弧侵蝕能力。這些特性使鎢銅復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于高壓開關(guān)電觸頭、大功率器件的熱沉基板以及電子封裝領(lǐng)域。
3.鎢銀復(fù)合材料
鎢銀復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與鎢銅復(fù)合材料類似。銀相使材料在導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能上優(yōu)于鎢銅，同時抗氧化性和抗電弧侵蝕性能更強(qiáng)。然而，銀在含硫環(huán)境中易發(fā)生硫化反應(yīng)，且材料成本較高，所以鎢銀復(fù)合材料主要用于對性能要求極高的場合，例如頻繁開斷的高壓電觸頭和繼電器。
