·10·材料导报网刊 2006年3月第1期
钨铜合金的最新研究进展及其应用
张存信,高 娃
（中国兵器科学院宁波分院，宁波 315103）
摘要综述了近年来国内外钨铜合金材料制备技术方面的主要进展，并介绍了最新研制成功的几种新型钨铜合金材料，如梯度钨铜材料、纳米钨铜材料等，以及钨铜合金在民用和军事工业上的主要应用，并简要地探讨了钨铜合金今后发展的主要动向和研究重点。
关键词钨铜合金研究进展制备方法应用研究重点
New Research Progress and Application of W-Cu Alloys
ZHANG Cunxin,GAO Wa
(Ningbo Branch of China Academy of Ordnance Science, Ningbo 315103)
Abstract A review is made on the main research progress of W-Cu alloys preparation techniques in recent years, and several new kinds of developed W-Cu alloys are introduce, such as W-Cu grads materials, W-Cu nano-materials etc., as well as their primary application in civil and military field. A discussion is also made on its developing direction and research emphasis.
Key words W-Cu alloy, research progress, methods of preparation, primary application, research emphasis
0 引言
钨铜合金是一种由体心立方结构的钨颗粒和面心立方结构的铜粘结相组成的既不互溶也不形成金属间化合物的一种复合材料，通常被称为伪合金或假合金。因此，它既具有钨的高强度、高硬度、低膨胀系数等特性，同时又具有铜的高塑性、良好的导电和导热等特性，这些特有的综合性能使钨铜合金得到广泛的应用。钨铜合金从20世纪30 年代研制成功以来，在一个较长时间内主要用作各类高压电器开关的电触头。由于它具有高的耐电压强度和低的电烧蚀性能，从而成为推动高压电器开关不断提高的电压等级和功率的关键材料。在20世纪60年代前后，钨铜合金逐步开始用作电阻焊接、电加工电极和航天技术中接触高温燃气的耐高温零部件；90年代后，随着大规模集成电路和大功率电子器件的发展，钨铜合金作为升级换代的产品开始大规模地用作电子封装和热沉积材料[1]。同时，钨铜合金还成功地应用到航天和军事工业中，如用作破甲弹药型罩材料和导弹喷管材料等，因而钨铜合金已经成为一种重要的功能材料[2,3]。
1 钨铜合金的制备技术
钨铜合金通常采用粉末冶金法或熔渗法制备。由于钨铜互不相溶和比重差较大，用普通粉末冶金方法制备时其烧结性能较差，难以实现完全的致密化，也难以形成均匀化的微观结构和灵活地调整钨铜合金的成分。熔渗法是将钨粉或掺入部分铜粉的混合粉通过特殊的压制工艺制成内部连通孔的钨骨架，然后将铜熔化后渗人到钨骨架的孔隙中形成钨铜合金，采用这种方法制备的钨铜合金材料相对密度较高，性能好，是制取高性能钨铜的主要方法。目前，为了能改善钨铜合金的烧结性能，主要是采用超细钨铜粉末，或者添加Ni、Co、Fe、Pd等元素实现活化烧结，以获得较为理想的材料[4,5]。为了获得微观结构更合理、性能更优越的新型钨铜合金，国内外对于各种新的制备技术进行了大量的研究，已经取得了重要的进展。1.1 超细混合粉末的直接烧结
钨和铜虽然具有很好的润湿性，但是由于两者物理性质相差悬殊，因此在常规情况下的直接烧结，即使进行液相烧结，也不可能直接烧结得到高致密性的产品。近年来，随着超细粉末制取工艺的发展，通过共还原超细钨铜混合化合物制得超细钨铜混合粉然后成形烧结可直接制成各种成分的钨铜合金。这种方法在1200~1300℃直烧结制即可得到相对密度99.5%以上的高密度钨铜合金[6]。
1.2 钨铜混合粉的活化烧结
Johnson详细研究了钨铜混合粉的活化烧结行为，发现钴、铁的活化效果明显高于镍，特别是钴。对于W-Cu10材料，当添加0.35%钴时，在1300℃烧结即可达到98%的相对密度。添加钴进行活化烧结时，钴在钨晶粒表面形成高扩散性的W6Co7界面层，它可以促进W的扩散烧结。但是，添加过多Co时(Co≥0.5%)则形成较厚的W6Co7层而影响钨的迁移扩散，烧结密度反而会降低。活化烧结制取钨铜合金的最大缺点是明显降低钨铜合金的导电导热性能[7]。
1.3 快速定向凝固技术
对于钨铜合金，快速凝固不仅保持了很好的导电性能，而且极大地提高了合金的高温强度，改善了合金的耐磨和耐腐蚀性能。周张健等研究发现，由于凝固界面与液相中最高温度面距离太远，难以获得较理想的温度梯度，生长速率慢，以至晶粒化且产生严重的枝晶偏析，限制了材料性能的提高[8]。坚增运等的研究表明，通过消除或抑制非均质形核的影响，从而获得尽可能大的过冷度和均匀形核，所得的深过冷凝固组织偏析少，杂质分布均匀，具有明显的强韧化效果，若对合金进行高速生长下的凝固，还可制备单晶、微晶、非晶、准晶或纳米晶的合金[9]。
1.4 高温烧结钨骨架浸铜法
为了制取高骨架密度、低含铜量的钨铜合金(W-Cu≤20%)，高温烧结是制取钨铜合金的重要方法。高温烧结渗铜