真空开关用钨铜复合材料

钨铜复合材料由于高硬度、高熔点、高强度以及发汗热沉的特点，其应用范围十分广泛包括高温环境、军事领域、航空航天领域、真空开关电器、电子封装材料、电加工电极等。我们在这里着重介绍钨铜复合材料在真空开关电器方面的应用。理论上来说，真空开关是一种用于真空系统的压力保护自动控制器，具有体积小、性能优良、工作稳定、便于维护且使用寿命长的特点。其可广泛运用于各种工业自控环境，如水利水电、石油化工、铁路交通、军工、管道、船舶等。当系统中的真空压力大于设定点，则控制器会自动切断电路，发出信号，以保证系统的正常工作。当系统内的压力高于或低于安全压力时，控制器内的压力感应器立即动作，使控制器内的触点接通或断开，此时设备停止工作；当系统内的压力回到设备的安全压力范围时，控制器内的压力感应器立即复位，使控制器内的触点接通或断开，此时设备正常工作。

为了适应真空开关以及一些高压电器的需求，相关研究人员研发了真空开关专用的钨铜合金。其能较好地适应易燃、易爆、高温及低温、潮湿、具有腐蚀性的环境，并逐渐在中高压（6-35V）的电网和电气化设备中占据主导地位。该钨铜合金复合材料要求含有极低的气体杂质含量（如氧气O2、氮气N2等），故需采用气体含量较低的原材料以及特殊工艺（高温烧结、真空熔渗、真空脱气等）制备。在这些真空钨铜触头材料中，除了常规牌号、配比的钨铜触头材料，还发展出了一些高钨低铜的钨铜制品，通常其钨W含量＞85%，如W-10Cu、W-15Cu等，当要求钨铜材料在低截流值的场合下使用时，还可在其中加入一些其他低熔点金属（如锑Sb、铋Bi、碲Te）。与之相反，还有含铜质量分数较高（60%-90%）的钨铜合金，其中W-70Cu的钨铜合金制品经检测具有维氏硬度1100MPa的硬度以及80%-85%IACS的高导电率，并且在600℃下依然能保持较高的硬度和导电率，工作性能稳定。因此，其也逐渐替代了部分贵金属触头（如银触头等），从而大幅度降低了触头材料的成本。

综合看来，随着钨铜复合材料的运用范围越来越广，其对于新型钨铜合金材料的研究也在日益发展。像梯度结构钨铜合金、纳米结构钨铜合金、钨铜合金的变形加工工艺、真空用钨铜合金以及高钨、低钨钨铜合金等等工艺都在电加工、微电子、高温、军工等领域逐渐取代了传统材料。但就我国的钨铜合金材料来说还存在高端产品少、利用率低、科研与生产脱节等问题亟待解决。