钨触点材料- I

钨触点也叫做钨接点或者钨电触头,是用来充当接触元件,用在仪表、仪器和开关电器等上,它的作用是:导通和中断电流。所以,钨触点的性能会直接影响开关电器的的性能,即运行状况。大约在一百年前,人们开始使用触点材料,该开始是用纯金、纯银和纯铂等触点材料,直到二十世纪四十年代左右,人们才开始使用合金材料,如,银铜材料、金银材料和铂铟等。到了六十年代以后,人们逐渐发现了更多的贵金属复合材料。钨的发现是在1781年,此后,人们逐渐把目光转移到了钨材料上。
钨触点材料具有耐磨、高比重(19.25g/cm3)、高熔点(高达 3422 °C)、高纯度、高硬度、耐腐蚀、低电导率等性能。
银材料的性能:在所有金属中,银具有最好的导热性、极好的加工性能和较高的抗氧化能力等。


钨触点

 

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钨合金帆船配重

钨合金帆船配重是用于增加帆船重量,降低船体的重心,抵御在航行中的侧向力,保持帆船平衡的配重物质。帆船是一种利用风力前进的船,一般用于比赛或者个人航海休闲场合。帆船能在风雨中前行和不倒,除了依靠船手们的驾驶还运用了船本身的结构设计。一般帆船采用不倒翁式的结构设计。这种设计依靠帆船船体下部的钨合金配重块,船体重心落在水下,使得船不易翻倒。


钨合金帆船配重块有如下优势:
高比重:钨合金的密度高达18.5g/cm3,密度比铅高65%,密度比铁高130%,因此,用较少的材料可以获得较重的重量。密度大还有个优点就是可以减省空间,帆船船体本身就没有很大的空间,为了使配重件不占用太多的空间,就要选择密度相对较大的,钨合金是最好的选择。
高抗拉强度和硬度,抗腐蚀:由于钨合金的高抗拉强度和硬度,以及抗腐蚀性,可以在帆船中使用很久都不会变形和磨损。
易加工:钨合金易加工,可和其他材料配合使用,这给帆船设计者一个较大的空间进行设计。
力学性能高,可适应动态或静态安装。
弱铁磁性。
无毒,无公害、符合国际环保标准,是铅的替代品。

 

选用要求:
根据不同重量的帆船来选择:钨合金帆船配重分为不同的重量级,可根据船体本身的重量和驾驶者的体重,选用适合重量的配重件。
根据船体类型来选择:对于单体和多体船而言,他们对配重件也有不同的要求。
根据运动类型来选择:帆船运动早在1900年就在奥运会上开始开设项目。对于运动竞技类型和个人休闲类型的帆船对配重件的要求也不一样。一般比赛用的帆船选择的配重块较轻,休闲用的选择的配重块较重。

 

钨合金帆船配重

 

 

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碳化钨粉(2)

碳化钨粉(WC)呈深灰色粉末,在碳化钨粉中,碳原子嵌入钨金属晶格的间隙,并没有破坏原有金属的晶格,而是形成了间隙固溶体,因此也称为填隙化合物。它主要用于生产硬质合金。碳化钨粉的制取主要是通过金属钨粉和炭黑为原料,按照一定的比例配成混合料,将混合料装入石墨舟皿中,放置于碳管炉内或者高中频感电炉中,在一定温度下进行碳化,再经球磨、筛分制得碳化钨粉。碳化钨粉的应该存储于干燥,通风,无酸碱气氛之处,严防氧化,其中存放期不宜超过半年。而碳化钨的外包装要用铁桶,内包装用聚乙烯塑料袋,严密封口。根据碳化钨粉的费氏粒度,碳化钨粉可以分为12个等级,如下图所示。


 

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碳化钨粉(1)

碳化钨粉(WC)为一种黑色的六方晶体,具有金属的光泽,是一种深灰色粉末,硬度与金刚石相近,是生产硬质合金的主要原料。它的物理性质如下:化学式:WC,熔点:2870℃,沸点:6000℃,相对密度15.63(18℃),它不溶于水、盐酸和硫酸,容易溶于硝酸-氢氟酸的混合酸中,为电、热的良好导体。
纯的碳化钨易碎,若渗入少量钛、钴等金属,就能减少脆性,也能使碳化钨应用于更多的领域中。用作钢材切割刀具的碳化钨,常加入碳化钛、碳化钽或它们的混合物,以提高抗爆能力。碳化钨粉可以溶于多种碳化物中,尤其在碳化钛中的溶解度很大,形成TIC-WV固熔体。钨与碳的另一个化合物是碳化二钨,化学式为W2C,熔点为2860℃,沸点为6000℃,相对密度17.15,另外其性质、制法、用途与碳化钨粉相似。



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六氟化钨的用途

六氟化钨(WF6)是钨的氟化物中唯一能稳定并被工业化生产的品种。它主要用于钨的化学蒸镀,该反应的化学方程式为:WF6+3H2→W+6HF。该还原反应中六氟化钨在高温下可被氢气或者其他还原性气体(如GeH4、SiH2F2和二乙基硅烷等)还原为金属钨和HF,其中六氟化钨作为原材料广泛应用于电子工业中金属钨化学气相沉积(CVD)工艺技术的基础。比如用WF6制成的WSi2可用作大规模集成电路(LSI)中的配线材料。且通过混合金属的CVD工艺制得钨和铼的复合涂层可以用于X射线的发射电极和太阳能吸收器的制造。此外WF6在电子行业中还主要用作半导体电极和导电浆糊等原材料。
除了在电子工业上的应用,六氟化钨在非电子方面的应用也十分广泛,通过CVD技术使钨在钢的表面生成坚硬的碳化钨可以改善钢的表面性能。另外,六氟化钨还广泛用于氟化剂、聚合催化剂及光学材料的原料,用于制造低电阻、高熔点的互连线、某些钨制部件如钨管、钳锅。


 

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六氟化钨的合成(3)

六氟化钨的合成方法有很多种,以下介绍的是通过钨、卤素和HF进行反应生成六氟化钨的化学反应过程
通过钨、卤素和HF进行反应生成六氟化钨的化学反应方程式如下所示:W + 3X2 + 6HF —— WF6 + 6HX。其中X2为卤素中的一种,通常为Cl2或者Br2,该反应需要在蒙乃尔合金的高压釜中进行。
以Cl2为例,为了保证产物有良好的产率,通常使Cl2和HF适当过量,氯气与六氟化钨的理论摩尔比为3:1,而在实验中采用的是3~6:1。氟化氢与六氟化钨的理论摩尔比为6:1,在实践中采用的是6~10:1,反应温度控制在150~450℃。虽然提高反应温度有利于反应的进行但是温度过高会导致反应装置腐蚀严重,且WF6会部分发生分解。
这种方法常有副产物生成,所以不论从环境保护还是经济效益方面考虑都不是一个制取六氟化钨特别好的方法。

 

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六氟化钨的合成(2)

目前常用于合成六氟化钨的方法有三种,第一种是通过氟气和钨直接反应生成六氟化钨。第二种是钨和三氟化氮(NF3)直接反应生成六氟化钨。第三种方法是通过用钨、卤素和HF进行反应生成六氟化钨。以下介绍的过钨和三氟化氮制备六氟化钨的反应过程,该反应中NF3作为氟化剂。
通过钨和三氟化氮的反应方程式如下:W + 2NF3 —— WF6 + 3N2,该反应在大于400℃条件下NF3分解产生F2。F2与金属反应生成六氟化钨。所使用的NF3 中的水分含量直接关系到产品的纯度,即要生产高纯六氟化钨需要使用高纯NF3。而高纯的NF3要求采用低温冷凝法使NF3在-130℃~-70℃下冷却,水分凝固后分离后制得,且要将其导入一个用镍或蒙乃尔合金制成的反应器中。但是这会导致制作成本的提高,且有较高的投资风险,不适合运用于工业化生产。


 

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六氟化钨的合成(1)

六氟化钨是一种强氟化剂,除镍、蒙乃尔合金和不锈钢外,在室温下能使许多金属氟化。在干燥状态时对玻璃的腐蚀较弱,但是在湿气重能迅速反应。六氟化钨与离子型卤化物反应可形成配位化合物,在高温下可被氢还原为钨。六氟化钨的合成方法有三种,以下介绍的是采用的是使氟气作为氟化剂的工艺:采用钨与氟气(F2)直接反应的方法来合成六氟化钨,为了防止氟侵蚀容器壁,进行反应的容器材质应为蒙乃尔合金、镍或者不锈钢。化学反应方程式如下:W + 3F2 —— WF6
此反应在400 ℃的条件下进行,钨与F2 直接反应生成六氟化钨,因为F2 的性质太活泼,为了使反应平稳需要在其中加入一定比例的氮气。金属钨一般以钨粉的形式加入,以使气固相的接触面积尽可能大,反应生成的六氟化钨通入另一低温容器中以液体形式收集。


 

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钨铜合金电极的主要规格

钨铜合金电极的主要规格包括70W30Cu型、75W25Cu型、80W20Cu型和85W15Cu型

70W30Cu型

70W30Cu型钨铜合金电极是利用高纯钨粉优异的金属特性和高纯紫铜粉的可塑性、高导电性等优点,经静压成型、高温烧结、溶渗铜的工艺精制而成的复合材料。

75W25Cu型

75W25Cu型钨铜合金电极作为钨和铜的复合材料,同时具备了铜的热性能以及低膨胀性的优良特点。75%W的钨铜合金电极具有高耐热性,高热导率和低膨胀等特点,因此75%W的钨铜合金电极常被应用于电阻焊,电气接触以及散热器中。

80W20Cu型

80W20Cu型钨铜合金电极的钨含量为80%,牌号表示为CuW80,CuW80的硬度大概为98HRB,密度大概为15.58g/cm3。钨铜复合材料的热膨胀特性与碳化硅、氧化铝和氧化铍的相似,被利用与基板和芯片使用。

85W15Cu型

85W15Cu型钨铜合金电极是以钨、铜元素为主组成的一种两相结构假合金,是金属基复合材料.由于金属铜和钨物性差异较大,因此不能采用熔铸法进行生产,一般采用粉末合金技术进行生产。

 

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钨铜合金为什么不能用传统的熔铸法来生产

传统的熔铸法比较适合物理性能相接近金属的铸成。钨与铜之间互不相溶,采用传统的熔渗法和单一的液相烧结法都难得到高致密度的钨铜复合材料。

传统熔渗法能够制备完全致密的70W-Cu,80W-Cu烧结坯,但对于高钨含量的钨铜合金,如90W-Cu合金,熔渗法却很难制备完全致密的钨铜烧结坯。

钨铜合金综合了金属钨和铜的优点,其中钨熔点高(钨熔点为3410℃,铜的熔点1080℃),密度大(钨密度为19.25g/cm,铜的密度为8.92/cm3) ;铜导电导热性能优越,钨铜合金(成分一般范围为WCu7~WCu50)微观组织均匀、耐高温、强度高、耐电弧烧蚀、密度大;导电、导热性能适中。

钨铜合金是钨和铜的两相假合金,该材料具有钨的耐高温及铜的高导电特性。因这两种金属的熔点相差很大所以不能用传统的熔铸法来生产。铜钨采用混粉- 压制- 烧结-熔渗工艺路线,这样制成的钨铜合金质量好,品质稳定。

性能

密度

g/cm

热膨系数10-6/℃

热导率w/(m·k)

热熔

J/(kg·℃)

弹性量Gpa

泊松密度

熔点℃

强度MPa

19. 25

4.5

174

136

411

0.28

3410

550

8. 92

16.6

404

385

145

0.34

1083

120

 

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