鎢銅合金(Tungsten copper alloy)主要應(yīng)用
鎢銅合金綜合了金屬鎢和銅的優(yōu)點(diǎn)，其中鎢熔點(diǎn)高(鎢熔點(diǎn)為3410℃，鐵的熔點(diǎn)1534℃)，密度大(鎢密度為19.34g/cm3，鐵的密度為7.8 g/cm3) ；銅導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)越，鎢銅合金(成分一般范圍為WCu7~WCu50)微觀組織均勻、耐高溫、強(qiáng)度高、耐電弧燒蝕、密度大；導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能適中，廣泛應(yīng)用于軍用耐高溫材料、高壓開關(guān)用電工合金、電加工電極、微電子材料，做為零部件和元器件廣泛應(yīng)用于航天、航空、電子、電力、冶金、機(jī)械、體育器材等行業(yè)。
表1 金屬鎢和銅的物理性能
|
性能 |
密度
g/cm3 |
熱膨脹
系數(shù)
10-3/℃ |
熱導(dǎo)率
w/(m·k) |
熱容
J/(kg·℃) |
彈性
模量
GPa |
泊松密度 |
熔點(diǎn)
℃ |
強(qiáng)度
MPa |
|
鎢 |
19. 32 |
4. 5 |
174 |
136 |
411 |
0. 28 |
3410 |
550 |
|
銅 |
8. 96 |
16. 6 |
403 |
385 |
145 |
0. 34 |
1083 |
120 |
中國航天四院和北京鋼鐵研究總院共同承擔(dān)的航天用鎢滲銅項(xiàng)目獲國家發(fā)明二等獎，陜西中天火箭技術(shù)有限責(zé)任公司(隸屬于航天四院)利用其特有的熔滲技術(shù)開發(fā)的高壓開關(guān)電工合金鎢銅、鉬銅、銅鎢碳化鎢，國內(nèi)市場占有率第一，其中鎢銅約占70%。
1軍用耐高溫材料
鎢銅合金在航天航空中用作導(dǎo)彈、火箭發(fā)動機(jī)的噴管、燃?xì)舛妗⒖諝舛妗⒈清F，主要要求是要求耐高溫(3000K~5000K)、耐高溫氣流沖刷能力，主要利用銅在高溫下?lián)]發(fā)形成的發(fā)汗制冷作用(銅熔點(diǎn)1083℃)，降低鎢銅表面溫度，保證在高溫極端條件下使用。
表2 高溫鎢銅材料性能
|
牌號 |
銅含量 |
鎢骨架
相對密度 |
材料密度
g/cm3 |
相對
密度 |
抗拉強(qiáng)度MPa |
斷裂韌性
MPa m0.5 |
|
室溫 |
800℃ |
|
WCu10 |
8～12% |
77～82% |
16.5~17.5 |
≥97 |
≥300 |
≥150 |
15～18 |
|
WCu7 |
6～9% |
82～86% |
17~18 |
≥97 |
≥300 |
≥150 |
13～15 |
2高壓開關(guān)用電工合金
鎢銅合金在高壓開關(guān)128kV SF6斷路器WCu/CuCr中，以及高壓真空負(fù)荷開關(guān)(12kV 40.5KV 1000A)，避雷器中得到廣泛應(yīng)用，高壓真空開關(guān)體積小，易于維護(hù)，使用范圍廣，能在潮濕、易燃易爆以及腐蝕的環(huán)境中使用。主要性能要求是耐電弧燒蝕、抗熔焊、截止電流小、含氣量少、熱電子發(fā)射能力低等。除常規(guī)宏觀性能要求外，還要求氣孔率，微觀組織性能，故要采取特殊工藝，需真空脫氣、真空熔滲等復(fù)雜工藝。
3電加工電極
電火花加工電極早期采用銅或石墨電極，便宜但不耐燒蝕，現(xiàn)在基本上已被鎢銅電極頂替。鎢銅電極的優(yōu)點(diǎn)是耐高溫、高溫強(qiáng)度高、耐電弧燒蝕，并且導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好，散熱快。應(yīng)用集中在電火花電極、電阻焊電極和高壓放電管電極。
電加工電極特點(diǎn)是品種規(guī)格繁多，批量小而總量多。作為電加工電極的鎢銅材料應(yīng)具有盡可能高的致密度和組織的均勻性，特別是細(xì)長的棒狀、管狀以及異型電極。
4微電子材料
鎢銅電子封裝和熱沉材料，既具有鎢的低膨脹特性，又具有銅的高導(dǎo)熱特性，其熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱導(dǎo)電性能可以通過調(diào)整鎢銅的成分而加以改變，因而給鎢銅提供了更廣的應(yīng)用范圍。由于鎢銅材料具有很高的耐熱性和良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性，同時又與硅片、砷化鎵及陶瓷材料相匹配的熱膨脹系數(shù)，故在半導(dǎo)體材料中得到廣泛的應(yīng)用。適用于與大功率器件封裝材料、熱沉材料、散熱元件、陶瓷以及砷化鎵基座等。
表4 用于封裝熱沉的鎢銅材料的主要性能
|
|
熱導(dǎo)率
W/(m﹒k) |
熱膨脹系數(shù)
10-6/K |
密度
g/cm3 |
比熱導(dǎo)率
W/(m﹒k) |
|
WCu |
140~210 |
5.6~8.3 |
15~17 |
9~13 |
|
WCu10 |
140~170 |
5.6~6.5 |
17.0 |
|
|
WCu15 |
160~190 |
6.3~7.3 |
16.4 |
|
|
WCu20 |
180~210 |
7.6~9.1 |
15.6 |
|
|
MoCu |
184~197 |
7.0~7.1 |
9.9~10.0 |
18~20 |
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