鎢銅合金幾種燒結技術對比

鎢銅合金產品的燒結方法多種多樣，包括傳統的熔滲法、混合—壓制燒結法、壓力燒結法以及新型的放電等離子燒結技術等。其中這幾種燒結技術都存在各自的優勢以及缺陷，接下來我們將通過其原理及實際的應用對幾種工藝技術進行分析。首先是熔滲法，也被稱為熔浸法，是如今鎢銅合金產品中使用最為廣泛的。其是通過將鎢粉或者添加有少量銅粉的鎢粉製成壓坯，並將熔滲金屬銅與鎢壓坯疊置在一起，此後在高於銅熔點的溫度下及還原氣氛或者真空環境下進行燒結。整個燒結的過程中，熔融狀態的銅依靠毛細管作用滲入鎢骨架，其燒結和熔滲兩個工序可分開進行也可合併進行。該工藝的優點在於熔滲後的金屬緻密度較高，燒結性能良好，導電和導熱性能優異，耐電弧燒蝕。但是液相銅僅僅依靠毛細管力滲入鎢骨架，這樣會導致銅顆粒粗大且分佈不均，在高溫下燒結鎢顆粒容易聚集長大。熔滲後機加工去除多餘銅又增加了成本，降低了成品率。

混合—壓制燒結工藝是最為傳統的粉末冶金方法之一，其基本工藝流程是混料球磨→壓制成型→燒結。燒結可分為兩個部分，一個是固相燒結（燒結溫度低於銅的熔點），另一個則是液相燒結（燒結溫度高於銅的熔點）。由於固相W在液相Cu的溶解度很小，物質輸送無法通過溶解沉澱和顆粒圓化的方式進行，又因為鎢銅間浸潤性較差，難以實現緻密化。為了改善這種工藝，相關學者採用添加活化劑（Ni、Pd等活化元素）的方式提高了W在液相中的溶解度，有利於促進燒結過程的進行。但是活化劑的加入對電導率和熱導率的影響較大，不適合對導電導熱要求較高的場合運用。

壓力燒結也被稱作加壓燒結，其是在一次成型燒結很難達到要求的情況下進行燒結後的二次加工。如今的熱壓燒結、複壓複燒以及等靜壓工藝雖然能夠較好地改善鎢銅複合材料的性能，但是其成本和生產效率也一直是限制其發展的因素。此外，採用錘鍛或冷熱軋製對鎢銅複合材料進行二次加工，能夠極大地提高材料密度和力學性能。但是在W含量較高時，鎢銅合金延展性下降，加工難度也隨之上升。

放電等離子燒結（Spark Plasma Sintering，SPS）還被稱為等離子活化燒結（Plasma Activated Sintering，PAS）或電磁輔助燒結（Field Assisted Sintering Technology，FAST）。SPS根據粉料的不同還可分為導電粉體和非導電粉料，二者的機理有著很大的區別。一般來說，導電粉體SPS通過石墨模具的直流脈衝電流會產生大量的焦耳熱；而通過粉體的電流會誘發粉末顆粒間產生放電並激發等離子體。隨著等離子體密度的不斷增大，高速反向運動的粒子對顆粒表面產生較大衝擊力，使得其吸附的氣體逸散或者氧化膜破碎，從而使得表面得到淨化和活化，利於燒結的進行。然而，放電所產生的暫態高溫會引起晶粒表面的蒸發和熔化，在晶粒的接觸點形成燒結頸。

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