熱化學法製備鎢銅合金電極

隨著電加工行業技術的飛速發展，對其所使用的電極的性能要求也越來越高。無論是鎢含量較高（W品質分數達50%-90%）的高鎢型鎢銅合金，還是銅含量較高（Cu品質分數達60%-90%）的高銅型鎢銅合金，目前主流的生產方法都是混料法和滲銅法。從理論上說，混料法簡單方便可以生產出任意配比的鎢銅合金。但是這種傳統的方法所生產的出的原料粉末顆粒較為粗大，且密度分佈不均，這會使得在壓制成型和燒結後很難獲得組織結構緻密的鎢銅合金電極。而滲銅法適合於製備含銅量在8%-40%之間的鎢銅合金，其通過熔融狀態的銅對鎢骨架進行熔滲，以達到緻密的效果。雖然熔滲法是目前使用範圍最廣，且製備出的鎢銅合金性能較為穩定的工藝方法，但是其也存在著一定的問題，如控制參數較多、孔隙度的控制較難、孔隙分佈情況難以判斷等。

因此，在近些年來，相關的學者和研究人員圍繞著原料的製備和成型工藝進行了進一步的探索。一些新的工藝也逐步發展起來，其中較為有實際效果和可操作性的有：1.預合金化處理：其通過機械和高能球磨的方法使粉末細化甚至微合金化，從而達到增加分體活性以及促進燒結緻密化的目的；2.超細顆粒/納米級粉末：通過加入晶粒長大抑制劑、高能球磨、加入元素以及改變原料形態等方法對粉末進行細化，甚至達到納米級別；3.熱壓成型：其是將預先配好的混料裝入模腔中，在高溫高壓下進行快速成型，實現坯塊壓制與燒結一體化，使之達到緻密的效果；4.注射成型法：該工藝適合於結構複雜且體積較小的零件的製備，其所製備的產品組織結構均勻，尺寸精確，但是工藝參數的控制較為複雜、且模具的生產成本較高；5.包覆粉法：以鎢包銅粉為主，其將兩者的氧化物、化合物或化合溶液摻雜在一起，進行乾燥煆燒、還原後制得包覆粉。除此之外，真空燒結、微波燒結、活化燒結、等離子弧焊燒結等工藝都有各自的優點及適用範圍。這裏我們主要介紹通過熱化學法生產包覆粉的工藝。

以生產W-25Cu鎢銅合金電極為例，原料為三氧化鎢以及氧化銅，將二者的粉料按一定比例均勻混合、過篩，在煆燒爐中煆燒2h，還原後制得包覆粉。最後在一定的壓力下進行壓制成型並送入馬弗爐中燒結。在檢測的過程中，用阿基米德法測定密度；用掃描電子顯微鏡觀察粉末和合金斷口形貌；用拉伸機測定抗拉強度；用電橋法測定電導率；用X-ray能譜分析儀分析其成分；用鐳射透射法測定粉末粒度分佈。在煆燒過程中，兩種氧化物發生化學反應，W原子和Cu原子發生鍵合作用生成鎢酸銅（CuWO4）。從微觀的角度分析，Cu還原時緊隨著W原子析出，從而形成鎢包銅的細顆粒粉末，且顆粒大小相接近。細顆粒的表面能較大能夠促進燒結緻密化。從斷口形貌上看，相比於其他工藝所製備的鎢銅合金電極只有沿晶斷裂的現象，其自然拉伸斷口呈現明顯的穿晶斷裂現象。這是由於燒結時顆粒表面的鎢粉發生相互焊合與重排，且結晶較為完全，進而形成牢固的鎢網狀骨架，極大地提升了鎢銅合金電極內部的組織結構強度。而對於鎢銅電極材料來說，其抗拉或抗彎強度以及電導率是兩個極為重要的性能表徵。鎢包銅複合粉壓坯在燒結過程中可以是鎢和銅兩相分佈均勻，而均勻的組織有利於在通電過程中有效加大傳導電子的平均運行速度，從而顯著增強鎢銅合金電極的導電性能。