钨铜合金几种烧结技术对比

钨铜合金产品的烧结方法多种多样，包括传统的熔渗法、混合—压制烧结法、压力烧结法以及新型的放电等离子烧结技术等。其中这几种烧结技术都存在各自的优势以及缺陷，接下来我们将通过其原理及实际的应用对几种工艺技术进行分析。首先是熔渗法，也被称为熔浸法，是如今钨铜合金产品中使用最为广泛的。其是通过将钨粉或者添加有少量铜粉的钨粉制成压坯，并将熔渗金属铜与钨压坯叠置在一起，此后在高于铜熔点的温度下及还原气氛或者真空环境下进行烧结。整个烧结的过程中，熔融状态的铜依靠毛细管作用渗入钨骨架，其烧结和熔渗两个工序可分开进行也可合并进行。该工艺的优点在于熔渗后的金属致密度较高，烧结性能良好，导电和导热性能优异，耐电弧烧蚀。但是液相铜仅仅依靠毛细管力渗入钨骨架，这样会导致铜颗粒粗大且分布不均，在高温下烧结钨颗粒容易聚集长大。熔渗后机加工去除多余铜又增加了成本，降低了成品率。

混合—压制烧结工艺是最为传统的粉末冶金方法之一，其基本工艺流程是混料球磨→压制成型→烧结。烧结可分为两个部分，一个是固相烧结（烧结温度低于铜的熔点），另一个则是液相烧结（烧结温度高于铜的熔点）。由于固相W在液相Cu的溶解度很小，物质输送无法通过溶解沉淀和颗粒圆化的方式进行，又因为钨铜间浸润性较差，难以实现致密化。为了改善这种工艺，相关学者采用添加活化剂（Ni、Pd等活化元素）的方式提高了W在液相中的溶解度，有利于促进烧结过程的进行。但是活化剂的加入对电导率和热导率的影响较大，不适合对导电导热要求较高的场合运用。

压力烧结也被称作加压烧结，其是在一次成型烧结很难达到要求的情况下进行烧结后的二次加工。如今的热压烧结、复压复烧以及等静压工艺虽然能够较好地改善钨铜复合材料的性能，但是其成本和生产效率也一直是限制其发展的因素。此外，采用锤锻或冷热轧制对钨铜复合材料进行二次加工，能够极大地提高材料密度和力学性能。但是在W含量较高时，钨铜合金延展性下降，加工难度也随之上升。

放电等离子烧结（Spark Plasma Sintering，SPS）还被称为等离子活化烧结（Plasma Activated Sintering，PAS）或电磁辅助烧结（Field Assisted Sintering Technology，FAST）。SPS根据粉料的不同还可分为导电粉体和非导电粉料，二者的机理有着很大的区别。一般来说，导电粉体SPS通过石墨模具的直流脉冲电流会产生大量的焦耳热；而通过粉体的电流会诱发粉末颗粒间产生放电并激发等离子体。随着等离子体密度的不断增大，高速反向运动的粒子对颗粒表面产生较大冲击力，使得其吸附的气体逸散或者氧化膜破碎，从而使得表面得到净化和活化，利于烧结的进行。然而，放电所产生的瞬时高温会引起晶粒表面的蒸发和熔化，在晶粒的接触点形成烧结颈。