：呂大銘
【機構(gòu)】：鋼鐵研究總院!北京100081
【關(guān)鍵詞】：鉬銅材料;性能;制取;應(yīng)用
【摘要】：本文介紹和討論了鉬銅材料的發(fā)展簡況,基本性能,制取方法和應(yīng)用。
【全文】：
1 國內(nèi)外發(fā)展簡況
本世紀60年代,原蘇聯(lián)學(xué)者曾對鉬銅材料作為一定膨脹系數(shù)的定膨脹合金進行過研究[1],研究合金中銅含量對材料膨脹系數(shù)的影響。70年代,國內(nèi)曾對鉬銅材料作為高導(dǎo)熱定膨脹的半導(dǎo)體功率管的基片進行過研制[2、3],它的導(dǎo)熱系數(shù)高于純鉬和純鋁,而膨脹系數(shù)又低于無氧銅,其膨脹系數(shù)與陶瓷、硅等材料匹配性好。80年代,通過在鉬銅中加入少量的鎳或其它元素,用作與陶瓷封接的無磁封接金屬材料和弦振式壓力傳感器中起溫度補償作用的無磁定膨脹材料[3]。但是,由于當(dāng)時各方面條件的限制,這些工作沒有得到很好的推廣,應(yīng)用對象比較單一狹窄,用量很小。80年代后期,國外將鉬銅材料作為真空開關(guān)管及開關(guān)電器中的電觸頭進行生產(chǎn)和應(yīng)用,同時開發(fā)作為大規(guī)模集成電路等微電子器件中的熱沉①材料。表1給出了德國和奧地利有關(guān)公司生產(chǎn)的電觸頭用鉬銅材料的牌號和主要性能[4、5]。表2列出了作為熱沉材料的鉬銅合金的組成及其相關(guān)的熱性能[6]。90年代后,國內(nèi)通過技術(shù)引進,也生產(chǎn)采用鉬銅觸頭的真空開關(guān)管,以及研究熱沉材料用的鉬銅合金[7]。
2 鉬銅材料的特性
一種材料的特性是決定該材料在什么領(lǐng)域可能得到應(yīng)用的重要依據(jù),因此,在討論鉬銅材料的開發(fā)與應(yīng)用時,必須認識和了解鉬銅材料的特性。
鉬銅材料和鎢銅材料一樣在組織上是由兩種互不相溶的金屬相所組成的假合金。因此,這種材料應(yīng)該兼有組成金屬兩者的特性,而且可以取長補短,獲得良好的綜合性能。鎢銅材料已較為普遍地用作電觸頭材料、電加工電極和航天高溫材料等,其性能已為人所知,所以在論述鉬銅材料時,參照鎢銅材料的特性進行討論。
2.1 高電導(dǎo)熱導(dǎo)性
鎢和鉬是金屬中除金、銀、銅等高導(dǎo)金屬外,電導(dǎo)和熱導(dǎo)性比較好的元素,因此,進一步加入高電導(dǎo)熱導(dǎo)金屬銅的鎢銅和鉬銅材料,具有很高的電導(dǎo)熱導(dǎo)性。表1中ｍｏｃｕ40ｖｓ的電導(dǎo)性相當(dāng)于標準銅電導(dǎo)性的50%以上。表3列出了經(jīng)測定的導(dǎo)熱系數(shù)[3]。
2.2 低的可調(diào)節(jié)的熱膨脹系數(shù)
銅的熱膨脹系數(shù)較高,而鎢、鉬的熱膨脹系數(shù)很低,因此,可以根據(jù)不同的成分組合制成所需要的較低的熱膨脹系數(shù),從而使它們可以與其它材料的熱膨脹系數(shù)匹配組合,避免因熱膨脹系數(shù)差別過大而引起的熱應(yīng)力破壞。表4給出了所測定的鎢銅、鉬銅材料的熱膨脹系數(shù)[3]。
2.3 特殊的高溫性能
鎢和鉬系高熔點金屬（難熔金屬）,其熔點分別為3400℃和2615℃,而銅的熔點僅為1083℃。鎢銅和鉬銅材料在常溫和中溫時,既有較好的強度,又有一定的塑性,而當(dāng)超過銅的熔點的高溫時,材料中所含有的銅可以液化蒸發(fā)吸熱起到冷卻作用（發(fā)汗冷卻）,因此可以作為特殊用途的高溫材料,如耐火藥燃燒溫度的噴管喉襯,高溫電弧作用下的電觸頭等。
2.4 無磁性
鎢、鉬、銅均為非鐵磁性金屬,因此,所組成的鎢銅、鉬銅材料均為無磁性,這就使它們有可能在各種有磁場作用下代替常規(guī)由鐵族元素組成的帶磁性的各種合金。
2.5 低氣體含量和良好的真空性能
無論是鎢、鉬或銅,其氧化物極易還原,它們的ｎ2、ｈ2、ｃ等雜質(zhì)也易于去除,從而保持在真空下極低的放氣而具有很好的真空使用性能。2.6 良好的機加工性
純鎢、純鉬金屬本身由于較高的硬度和脆性,進行機加工比較困難,特別是加工成形狀比較復(fù)雜、精細的部件時效率低、廢品多。而鎢銅和鉬銅材料,由于加入銅后材料硬度降低、塑性增加,故有利于機加工,可以采取各種加工手段加工成任何復(fù)雜形狀的部件。
2.7 鎢銅和鉬銅的比較
鎢熔點比鉬高,密度比鉬大,因此鎢銅更適合于更高溫度下使用,也可作為高密度材料應(yīng)用。而鉬由于密度相對較低,因此使用鉬銅可以減輕部件重量,這對于航天及儀表等要求盡量輕量化時有利。
3 鉬銅材料的制取
鉬銅材料的制取基本上與鎢銅材料相似,主要通過兩種途徑:滲銅法和混合物燒結(jié)法。
3.1 滲銅法
它是將鉬粉直接壓制成形,在高溫氬氣中燒結(jié)成多孔鉬坯,然后將燒結(jié)好的多孔鉬坯在真空或惰性氣體下滲入融熔的銅。為了得到所需銅含量的鉬銅材料,需要控制燒結(jié)鉬坯的孔隙度,使這些孔隙滲入銅后達到所要求的銅含量。此法很容易制得含銅≤30%（質(zhì)量分數(shù)）的鉬銅材料,對于≥30%（質(zhì)量分數(shù)）含銅的鉬銅材料,則可采用混合部分銅粉的鉬銅混合粉進行壓制、燒結(jié)然后滲銅的方法。
3.2 混合粉燒結(jié)法
它是按所需成分的鉬銅材料混合鉬粉和銅粉,然后壓制成形,燒結(jié)直接制成產(chǎn)品。也可用氧化鉬和氧化銅的混合粉共還原得到鉬銅混合粉進行壓制燒結(jié),而且后者可以得到組織更為致密更為均勻的產(chǎn)品。高銅含量的鉬銅材料更適合用混合粉燒結(jié),因為它工藝簡單而同樣可得到高致密的產(chǎn)品,必要時還可進一步采用復(fù)壓來提高密度。低銅含量的鉬銅材料直接混粉燒結(jié)時,則需首先將鉬銅混合粉制成超細粉或進行機械活化,從而提高其燒結(jié)活性,保證燒結(jié)產(chǎn)品的致密。
4 鉬銅材料的應(yīng)用
根據(jù)前述鉬銅材料的特性并國內(nèi)外發(fā)展情況,鉬銅材料已在以下幾個方面獲得應(yīng)用。
4.1 真空開關(guān)電觸頭
目前,國外已將鉬銅材料與鎢銅材料同時列為電觸頭材料。國內(nèi)鎢銅真空觸頭正在大面積推廣,但也有個別已選用鉬銅材料。因此,可以根據(jù)真空開關(guān)的不同性能要求,在不同的情況下分別采用鎢銅材料和鉬銅材料,以達到材料*的使用效果。
4.2 電真空器散熱元件
大功率的集成電路和微波器件要求高電導(dǎo)熱導(dǎo)材料作為導(dǎo)電散熱元件,同時又要兼顧真空性能、耐熱性能及熱膨脹系數(shù)等。鎢銅和鉬銅材料由于其各項特性符合這些要求,因此是這方面應(yīng)用的優(yōu)選材料。
4.3 儀器儀表元件材料
由于鉬銅材料的許多物理特性、如無磁性、定熱膨脹系數(shù)、高彈性模量、高電導(dǎo)熱導(dǎo)性等,使它適合作為一些特殊要求的儀器儀表元件,而且鉬銅較鎢銅密度低、重量輕、塑性好、機加工方便,更適合于作為儀表材料。
4.4 航天及武器用材
鉬銅材料比鉬更耐燒蝕,更具有塑性和可加工性,因此,可以用作使用溫度稍低的火箭、導(dǎo)彈的高溫部件,也可代替鉬作為其它武器中的零部件,如增程炮等。
4.5 其它
鉬銅材料也可作為固體動密封、滑動摩擦的加強肋,高溫爐的水冷電極頭,以及電加工電極等,其應(yīng)用還可進一步開發(fā)。
參考文獻（從略）