纖維結構鎢銅觸頭材料

鎢銅合金是由兩種互不相溶且理化性能差別較大的金屬W和Cu組成的假合金，其同時具有鎢和銅的優點（鎢的高硬度、高強度、良好的耐蝕性，銅的高導電導熱性），因此在高壓及高負荷的真空斷路器以及微電子領域。由於鎢銅材料自身的特殊性，如今基本採用的是粉末冶金PM（Powder Metallurgy）工藝進行製備，但也正因為此使得鎢銅合金產品的結構和性能受到了一定的限制。為了使鎢銅觸頭的組織結構更為合理，綜合性能更為良好，近年來相關研究人員也做出了許多嘗試，如金屬粉末注射成型、梯度功能材料、納米結構以及鎢纖維強化W-Cu複合結構。這裏我們著重探討纖維結構鎢銅觸頭的製備工藝並分析影響熔滲的因素和燒蝕性能。

其採用真空熔滲工藝，並選擇織網疊層法，以鎢絲為緯線、銅線為經線編織二維網。真空條件下，銅液的流動性較強，孔隙中不存在空氣更利於銅液的填充。將編織的鎢銅網（銅絲作為熔滲時的誘導銅）和銅坯，然後將二者疊放在一起置於真空燒結爐中熔滲，並在銅熔點以上進行燒結（約為1300℃）。銅在熔融狀態下通過毛細管力滲入鎢骨架的孔隙中，從而形成緻密的互相連接的整體材料。採用該方法的優點在於鎢絲能夠均勻分佈以及銅絲可發揮誘導作用。因為實現纖維結構的鎢銅觸頭材料的最困難之處在於如何使纖維均勻分佈在基體中，而纖維的分佈均勻與否將會直接影響材料的各項性能。編織工藝能夠很好地對鎢絲實現控制，從而更好地控制纖維間距。另外，分佈均勻的銅絲在高溫下熔滲，其呈現液態並對預製件進行銅液的補充，在表面張力的作用下，融為一體減少了比表面能，促使鎢銅觸頭材料的緻密化。

影響該工藝的參數有許多，如鎢絲的絲徑、熔滲的溫度及時間等。其所採用的鎢纖維代替了傳統粉末冶金採用的鎢粉末。鎢粉顆粒粒度大小常常會因為粒度不均而對最終產品性能產生影響，鎢粉粒度太大會產生偏析作用，出現大面積的富Cu區，鎢顆粒間的結合力也較差；而鎢粉粒度太小則容易發生積聚，導致毛細管間難以形成通路，甚至形成閉孔阻礙熔滲的進行，這樣一來抗電弧燒蝕能力就會急劇下降。而纖維結構的鎢絲通道較直，所得到熔滲產品緻密度較高。但是隨著纖維直徑的縮小，銅液熔滲時易形成尖角或楔形空間，且凝固阻力也較大，形成缺陷的可能性也會變大。此外，熔滲溫度的高低和時間的長短都會在一定程度上影響鎢銅觸頭的品質和生產效率。熔滲溫度存在一個最佳範圍，低於該溫度則燒結後的骨架強度降低，且延長燒結時間既降低了效率又提高了能耗；高於該溫度則銅液粘度降低利於熔滲，但另一方面銅液的表面張力也降低，對熔滲有不利影響。

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