钨铜触头材料微波烧结工艺
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- 分类:钨业知识
- 发布于 2016年4月12日 星期二 16:12
- 作者:xiaobin
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除了传统的烧结工艺外,微波烧结工艺作为一种新兴的烧结工艺在钨铜材料方面也逐渐开始应用。其是利用微波所具有的特殊波段与材料的基本细微结构耦合而产生热量,材料在电磁场中的介质损耗使其材料整体加热至烧结温度而实现致密化的方法。微波烧结的特点是体积加热、由内向外导热以及温度呈阶梯分布内高外低,这也使得其具有升温速率高、烧结时间短、能源利用率高等优势。而对于粉末冶金的行业来说,降低生产成本和降低能耗是具有十分重要的影响的,因而微波烧结工艺在钨铜触头材料中有着广阔的应用前景。
而钨铜W-Cu电触头是由理化性能差别较大的钨和铜所组成的两相假合金,其中W和Cu二者互不相溶且熔点相差较大,就意味着传统烧结方法难以获得较高的致密度,这会在一定程度上影响钨铜触头材料的导电导热性能、气密性以及其他力学性能。与常规烧结工艺相比,微波烧结可以有效提高钨铜触头材料的致密度,改善其显微组织以及提高其他综合性能。
从微波烧结温度与保温时间上看,烧结温度升高到一定温度时,钨铜触头材料的致密度随之增大,相对密度可达99.8%接近于完全致密。这是由于温度升高降低了润湿角,改善了铜液对固相钨的润湿性,降低了颗粒重排过程的阻力,使颗粒重排充分进行,提高了致密化速度。与此同时,温度的升高还可以降低铜液的粘度,提高铜液在毛细管力作用下的流动性,利于致密化的进行。但是此后温度接着升高,材料的相对密度反而降低,这是由于粘度系数降低,在重力作用下铜液会逐渐沉积于底部导致气体进入形成新的气孔,从而致密度降低。
而烧结添加剂对钨铜触头烧结的致密化也有很大的影响。实验表明加入少量的钴Co、镍Ni能显著改善W的溶解度,有助于致密化能力的提高。在液相烧结的过程中,W固溶于烧结助剂或与之反应生成中间相,而产物在W颗粒表面形成连续包裹层,能显著降低W颗粒与铜液之间的表面张力,改善两相的润湿性。此外,铜液在毛细管力的作用下,在W颗粒间隙间流动并引起W颗粒重排,从而显著地促进压坯收缩致密。然而铜液流动过于频繁也会导致聚集而出现铜池,严重的可能降低样品的组织均匀性。总的来说,通过实验数据分析,在制备钨铜合金触头过程中,微波烧结技术相比于常规烧结在升温速率与烧结周期上有着显著的优势;烧结添加剂的选择可以有效促进钨铜触头的烧结致密化;微波烧结的样品具有更均匀的显微组织以及更好的力学性能。
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