鎢銅合金(Tungsten copper alloy)主要應(yīng)用

　　　鎢銅合金綜合了金屬鎢和銅的優(yōu)點(diǎn)，其中鎢熔點(diǎn)高(鎢熔點(diǎn)為3410℃，鐵的熔點(diǎn)1534℃)，密度大(鎢密度為19.34g/cm3，鐵的密度為7.8g/cm3) ；銅導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)越，鎢銅合金(成分一般范圍為WCu7~WCu50)微觀組織均勻、耐高溫、強(qiáng)度高、耐電弧燒蝕、密度大；導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能適中，廣泛應(yīng)用于軍用耐高溫材料、高壓開(kāi)關(guān)用電工合金、電加工電極、微電子材料，做為零部件和元器件廣泛應(yīng)用于航天、航空、電子、電力、冶金、機(jī)械、體育器材等行業(yè)。
表1 　金屬鎢和銅的物理性能
性能 密度
g/cm3 熱膨脹
系數(shù)
10-6/℃ 熱導(dǎo)率
w/(m·k) 熱容
J/(kg·℃) 彈性
模量
GPa 泊松密度
熔點(diǎn)
℃ 強(qiáng)度
MPa
鎢 19. 32 4. 5 174 136 411 0. 28 3410 550
銅 8. 93 16. 6 403 385 145 0. 34 1083 120
　　　中國(guó)航天四院和北京鋼鐵研究總院共同承擔(dān)的航天用鎢滲銅項(xiàng)目獲國(guó)家發(fā)明二等獎(jiǎng)，陜西中天火箭技術(shù)有限責(zé)任公司(隸屬于航天四院)利用其特有的熔滲技術(shù)開(kāi)發(fā)的高壓開(kāi)關(guān)電工合金鎢銅、鉬銅、銅鎢碳化鎢，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率首先，其中鎢銅約占70%。
1軍用耐高溫材料      鎢銅合金在航天航空中用作導(dǎo)彈、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管、燃?xì)舛妗⒖諝舛妗⒈清F，主要要求是要求耐高溫(3000K~5000K)、耐高溫氣流沖刷能力，主要利用銅在高溫下?lián)]發(fā)形成的發(fā)汗制冷作用(銅熔點(diǎn)1083℃)，降低鎢銅表面溫度，保證在高溫極端條件下使用。
表2 高溫鎢銅材料性能
牌號(hào) 銅含量 鎢骨架
相對(duì)密度 材料密度
g/cm3 相對(duì)
密度 抗拉強(qiáng)度MPa 斷裂韌性
MPa m0.5
室溫 800℃
WCu10 8～12% 77～82% 16.5~17.5 ≥97 ≥300 ≥150 15～18
WCu7 6～9% 82～86% 17~18 ≥97 ≥300 ≥150 13～15
2高壓開(kāi)關(guān)用電工合金
　　　鎢銅合金在高壓開(kāi)關(guān)128kV SF6斷路器WCu/CuCr中，以及高壓真空負(fù)荷開(kāi)關(guān)(12kV 40.5KV 1000A)，避雷器中得到廣泛應(yīng)用，高壓真空開(kāi)關(guān)體積小，易于維護(hù)，使用范圍廣，能在潮濕、易燃易爆以及腐蝕的環(huán)境中使用。主要性能要求是耐電弧燒蝕、抗熔焊、截止電流小、含氣量少、熱電子發(fā)射能力低等。除常規(guī)宏觀性能要求外，還要求氣孔率，微觀組織性能，故要采取特殊工藝，需真空脫氣、真空熔滲等復(fù)雜工藝。
表3  電工合金用鎢銅性能要求
產(chǎn)品名稱 符號(hào) 銅 銀 雜質(zhì) 鎢 密度 電阻 電導(dǎo) 硬度
HB 抗彎
強(qiáng)度
銅鎢50 CuW50 50±2 0.5 余量 11.85 3.2 54 1128  
銅鎢55 CuW55 45±2 0.5 余量 12.30 3.5 49 1226  
銅鎢60 CuW60 40±2 0.5 余量 12.75 3.7 47 1373  
銅鎢65 CuW65 35±2 0.5 余量 13.30 3.9 44 1520  
銅鎢70 CuW70 30±2 0.5 余量 13.80 4.1 42 1716 790
銅鎢75 CuW75 25±2 0.5 余量 14.50 4.5 38 1912 885
銅鎢80 CuW80 20±2 0.5 余量 15.15 5.0 34 2158 980
銅鎢85 CuW85 15±2 0.5 余量 15.90 5.7 30 2354 1080
銅鎢90 CuW90 10±2 0.5 余量 16.75 6.5 27 2550 1160
3電加工電極       電火花加工電極早期采用銅或石墨電極，便宜但不耐燒蝕，現(xiàn)在基本上已被鎢銅電極頂替。鎢銅電極的優(yōu)點(diǎn)是耐高溫、高溫強(qiáng)度高、耐電弧燒蝕，并且導(dǎo)電導(dǎo)熱性能好，散熱快。應(yīng)用集中在電火花電極、電阻焊電極和高壓放電管電極。
電加工電極特點(diǎn)是品種規(guī)格繁多，批量小而總量多。作為電加工電極的鎢銅材料應(yīng)具有盡可能高的致密度和組織的均勻性，特別是細(xì)長(zhǎng)的棒狀、管狀以及異型電極。4微電子材料
　　　鎢銅電子封裝和熱沉材料，既具有鎢的低膨脹特性，又具有銅的高導(dǎo)熱特性，其熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱導(dǎo)電性能可以通過(guò)調(diào)整鎢銅的成分而加以改變，因而給鎢銅提供了更廣的應(yīng)用范圍。由于鎢銅材料具有很高的耐熱性和良好的導(dǎo)熱導(dǎo)電性，同時(shí)又與硅片、砷化鎵及陶瓷材料相匹配的熱膨脹系數(shù)，故在半導(dǎo)體材料中得到廣泛的應(yīng)用。適用于與大功率器件封裝材料、熱沉材料、散熱元件、陶瓷以及砷化鎵基座等。
表4 用于封裝熱沉的鎢銅材料的主要性能
熱導(dǎo)率
W/(m﹒k) 熱膨脹系數(shù)
10-6/K 密度
g/cm3 比熱導(dǎo)率
W/(m﹒k)
WCu 140~210 5.6~8.3 15~17 9~13
WCu10 140~170 5.6~6.5 17.0
WCu15 160~190 6.3~7.3 16.4
WCu20 180~210 7.6~9.1 15.6
MoCu 184~197 7.0~7.1 9.9~10.0 18~20
                                      (高友誼 整理20080215)