真空開關用鎢銅複合材料

鎢銅複合材料由於高硬度、高熔點、高強度以及發汗熱沉的特點，其應用範圍十分廣泛包括高溫環境、軍事領域、航空航太領域、真空開關電器、電子封裝材料、電加工電極等。我們在這裏著重介紹鎢銅複合材料在真空開關電器方面的應用。理論上來說，真空開關是一種用於真空系統的壓力保護自動控制器，具有體積小、性能優良、工作穩定、便於維護且使用壽命長的特點。其可廣泛運用於各種工業自控環境，如水利水電、石油化工、鐵路交通、軍工、管道、船舶等。當系統中的真空壓力大於設定點，則控制器會自動切斷電路，發出信號，以保證系統的正常工作。當系統內的壓力高於或低於安全壓力時，控制器內的壓力感應器立即動作，使控制器內的觸點接通或斷開，此時設備停止工作；當系統內的壓力回到設備的安全壓力範圍時，控制器內的壓力感應器立即復位，使控制器內的觸點接通或斷開，此時設備正常工作。

為了適應真空開關以及一些高壓電器的需求，相關研究人員研發了真空開關專用的鎢銅合金。其能較好地適應易燃、易爆、高溫及低溫、潮濕、具有腐蝕性的環境，並逐漸在中高壓（6-35V）的電網和電氣化設備中佔據主導地位。該鎢銅合金複合材料要求含有極低的氣體雜質含量（如氧氣O2、氮氣N2等），故需採用氣體含量較低的原材料以及特殊工藝（高溫燒結、真空熔滲、真空脫氣等）製備。在這些真空鎢銅觸頭材料中，除了常規牌號、配比的鎢銅觸頭材料，還發展出了一些高鎢低銅的鎢銅製品，通常其鎢W含量＞85%，如W-10Cu、W-15Cu等，當要求鎢銅材料在低截流值的場合下使用時，還可在其中加入一些其他低熔點金屬（如銻Sb、鉍Bi、碲Te）。與之相反，還有含銅品質分數較高（60%-90%）的鎢銅合金，其中W-70Cu的鎢銅合金製品經檢測具有維氏硬度1100MPa的硬度以及80%-85%IACS的高導電率，並且在600℃下依然能保持較高的硬度和導電率，工作性能穩定。因此，其也逐漸替代了部分貴金屬觸頭（如銀觸頭等），從而大幅度降低了觸頭材料的成本。

綜合看來，隨著鎢銅複合材料的運用範圍越來越廣，其對於新型鎢銅合金材料的研究也在日益發展。像梯度結構鎢銅合金、納米結構鎢銅合金、鎢銅合金的變形加工工藝、真空用鎢銅合金以及高鎢、低鎢鎢銅合金等等工藝都在電加工、微電子、高溫、軍工等領域逐漸取代了傳統材料。但就我國的鎢銅合金材料來說還存在高端產品少、利用率低、科研與生產脫節等問題亟待解決。

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