钨铜复合材料的现状与发展

高导电导热性铜与高温强度、强抗电弧烧蚀钨的良好结合使钨铜复合材料具有一系列优异性能,广泛应用于电接触材料、电子封装和热沉材料。简要介绍了当前钨铜复合材料的应用、制备技术和致密化方法,阐述了钨铜复合材料的研究进展,指出了今后的应用发展前景。     

钨铜复合材料的应用与研究现状

在简述钨铜复合材料具有良好导热、导电性和高温抗氧化性等优良性能及其在电子封装、集成电路、国防军工、航空航天等高尖端技术的应用拓展空间的基础上，介绍了国内外钨铜材料的主要应用领域和制备新工艺的研究发展现状。     

W-15Cu电子封装材料导热性能的研究

研究了熔渗温度、退火温度及退火冷却速度对W-15Cu电子封装材料导热性能的影响,试验结果表明退火能改善W-15Cu电子封装材料的导热性能,经850℃退火随炉冷的导热性能稳定在190W/(m*K)左右;W-15Cu电子封装材料界面残余应力的大小是影响材料导热性能的重要因素之一,残余应力越大,材料导热性能越差;W-15Cu电子封装材料随熔渗温度升高,导热系数增加,熔渗温度在1 400℃时的导热性能最好.     

钨铜复合材料的研究及应用现状

钨铜复合材料作为一种重要的粉末冶金材料,具有优异的性能,是制造电触头和电极、焊接和电锻模、散热片、封装材料等的理想材料,广泛应用于电气、电子、航空航天和军事等工业领域中。近年来,随着先进制备工艺的研究和发展,钨铜复合材料的性能不断提升,本文主要描述了钨铜复合材料的制备方法、性能改进以及应用现状等。     

粉末粒度对于高温钨渗铜材料骨架性能的影响

高温钨渗铜材料是由高温烧结钨骨架经熔渗金属铜而制成的互不固溶型复合材料 ,钨骨架的连续程度、钨颗粒的连接状态以及孔隙形态和大小等因素将直接影响材料的使用性能。本文从钨粉粒度的角度出发 ,研究其对于钨渗铜材料骨架性能的影响 ,实验表明 ,在相同的烧结制度 (2 2 30℃× 5h)下 ,细颗粒钨粉所得到的骨架密度比中颗粒钨粉所得到的要高 ,但其内部形成大量封闭孔隙 ,使得其连通性能不及中颗粒钨粉所得骨架 ,不利于金属铜的熔渗 ;对于相近骨架密度 (86± 0 5 % )的两种试样 ,从渗铜结果来看 ,二者的骨架连通性能相当。从SEM照片来看 ,细颗粒钨骨架的晶粒尺寸明显比同骨架密度中颗粒钨骨架的晶粒尺寸小 ,高温拉伸结果显示细颗粒钨渗铜材料比相应中颗粒钨渗铜材料的强度要高的多 ,这一点说明了钨骨架的晶粒细化对钨渗铜材料有明显的强化作用。     

钨铜合金制备与应用研究

钨铜合金是以钨和铜为主要成分、通过粉末冶金方法制备的一种"假合金",因兼具良好的导电、导热、高熔点、高电击穿强度、低接触电阻、高耐焊性以及高抗热等性能被广泛应用于电触头、电火花加工电极、电子封装、航空航天等领域.文章根据钨铜合金的性能特点,对其在上述四个领域的应用现状进行了综述;分析了钨铜合金传统制备技术如熔渗、高温液...     

W-15Cu合金制备中钨骨架孔隙控制的研究

钨铜复合材料是由高温烧结钨骨架经渗铜制成的两相假合金,钨骨架中的孔隙形态和大小将直接影响材料的性能.本文分别以添加硬脂酸和诱导铜的方法对钨粉进行处理,W-15Cu骨架孔隙在压制成形过程中得到了精确控制,钨骨架经熔渗后制成W-15Cu合金.用扫描电镜观察材料的显微结构,并测出材料的密度、气密性,研究了钨粉成形性与钨铜合金密度的关系.结果表明,添加硬脂酸和诱导铜不会带入杂质,能改善钨粉的成形性能,可以获得组织均匀、致密度高的W-15Cu复合材料.     

高密度钨合金砧块材料研究

高密度钨合金砧块材料是镦模锻工艺生产气门的关键材料,要求砧块材料具有高的高温硬度,良好的韧性与加工性,所研制的W_(252),W_(232)高密度钨合金砧块在800℃时,HV值分别为150和169,其使用寿命比Cu-W80砧块提高约20倍以上,在电镦排气门时,其产品成品率由57.8％提高到98.2％。     

钨铜系合金的热物理性能模型及计算

微电子封装材料要求具有高热导率和特定的热膨胀系数。钨铜二元假合金系列材料是可选材料之一。根据特别的热物理性能要求设定和钨铜合金各种工艺的组织结构特点,可确定具有理想且稳定的热物理性能的材料组织结构应为二元连续液相烧结组织,即以钨颗粒为骨架,主导CTE值的变化,铜液相凝固态连续地分布在间隙和烧结颈侧隙。要获得这种组织、对工艺和性能控制将有更苛刻的要求。作者根据金属合金及复合材料性能理论,针对钨铜二元合金的互不溶性特点、二元素的弱交互作用,运用组织结构模型和建立理论热物理模型,用于计算和预测二元系合金热物理性能的变化趋势和范围,以图对该合金的成分和性能设计与控制提供初步的理论依据。     

ITER用高性能轧制W板制备及其组织性能研究

以纯度为99.95%的钨粉为原料,在200 MPa压力下冷等静压成形,2 300℃于H2气氛中进行烧结制得钨烧结坯。钨烧结坯在1 250~1 500℃于H2气氛中经过4道次轧制制得接近理论密度的钨板。通过金相、维氏硬度和高温拉伸强度分析了轧制过程和退火过程中钨板组织和性能的变化规律。通过电子背散射衍射(EBSD)分析了退火过程中钨板织构的衍变。结果表明:轧制过程中钨板的密度、维氏硬度和高温抗拉强度随材料变形量的升高而增大,经过4道次轧制钨板的密度可接近理论密度,维氏硬度和高温抗拉强度分别为HV450和540 MPa;轧制态的钨板晶粒组织有明显沿RD方向拉长,1 350℃退火时,形变织构明显减弱,晶粒取向分布趋于随机。通过统计面积分数分析得到1 350℃钨板晶粒再结晶组织比例占65.8%。     

液相烧结制备电力开关用W-7Cu-xNi合金微观组织及性能分析

为了提高电力开关用W-7Cu合金的综合性能,通过添加Ni元素方式对其进行加强,以液相烧结、机械球磨方式制备得到包含不同Ni含量的W-Cu合金。通过实验测试手段对其微观组织及物理性能进行了施压测试分析。研究结果表明：逐渐提高Ni含量后,形成了更大尺寸W颗粒,相邻颗粒间距降低。W-Cu-4%Ni合金界面形成更优润湿角,获得具有连续网状分布的Cu相,改善了W-Cu组织的分布均匀性,此时Ni元素已经完全与Cu相相溶。当Ni含量提高后,W-Cu合金获得了更大的硬度与致密度,热导率下降,相对密度增加。当加入4%的Ni时,致密度达到了95.6%,热导率从161 W/(m·K)降低为96.4 W/(m·K),获得了致密度更大合金。     

11 t铸锭帽口绝热板和保护渣对H13钢成坯率的影响

针对钢厂热作模具钢H13成坯率低的冶金质量问题,对影响成坯率的相关质量进行了统计分析,得出因帽口保温性能差所造成的疏松缺陷占不合格钢锭总量的58%~76%。通过将SiO₂绝热板的体积密度和导热率分别由1.65 g/cm³和0.317 W/(m·K)降至0.87 g/cm³和0.21 W/(m·K),优化低碳复合保护渣的组成,使其熔点和粘度分别由原来的1258℃和1.8 Pa·s降至1147℃和0.9 Pa·s,使钢锭平均成坯率由原来的75%提高至80%。     

Effects of Tungsten Addition on the Microstructure and Mechanical Properties of Microalloyed Forging Steels

In the current study, the effects of tungsten (W) addition on the microstructure, hardness, and room/low [223 K and 173 K (?50 °C and ?100 °C)] temperature tensile properties of microalloyed forging steels were systematically investigated. Four kinds of steel specimens were produced by varying the W additions (0, 0.1, 0.5, and 1 wt pct). The microstructure showed that the addition of W does not have any noticeable effect on the amount of precipitates. The precipitates in W-containing steels were all rich in W, and the W concentration in the precipitates increased with the increasing W content. The mean sizes of both austenite grains and precipitates decreased with the increasing W content. When the W content was equal to or less than 0.5 pct, the addition of W favored the formation of allotriomorphic ferrite, which subsequently promoted the development of acicular ferrite in the microalloyed forging steels. The results of mechanical tests indicated that W plays an important role in increasing the hardness and tensile strength. When the testing temperature was decreased, the tensile strength showed an increasing trend. Both the yield strength and the ultimate tensile strength obeyed an Arrhenius type of relation with respect to temperature. When the temperature was decreased from 223 K to 173 K (from ?50 °C to ?100 °C), a ductile-to-brittle transition (DBT) of the specimen with 1 pct W occurred. The addition of W favored a higher DBT temperature. From the microstructural and mechanical test results, it is demonstrated that the addition of 0.5 pct W results in the best combination of excellent room/low-temperature tensile strength and ductility.     

NaF掺杂的Ca3Co4O9粉体制备及其热电性能研究

本文以CaCO3、NaF、Co(NO3)2.6H2O、HNO3为原料,去离子水为溶剂,柠檬酸为螯合剂,采用自蔓延法制备了NaF掺杂的Ca3Co4O9(Ca3-xNaxCo4O9-xFx)(x=0,0.05,0.1,0.15,0.2,0.25)粉体。粉末的XRD表明图谱中主要衍射峰是Ca3Co4O9的特征峰,有极小部分CaF2存在。粉体的粒度分布在1～100μm之间,平均粒径为11.276μm。烧结试样的SEM显示NaF的掺杂能促进烧结。在温度473～973K下,烧结体热电性能的测试结果显示,随NaF掺杂量的增加,电导率和Seebeck系数先升高后降低。加入20%NaF的Ca3Co4O9烧结体在973K时seebeck系数和功率因子达到最大值,分别为220μV/K和4.39×10-4 W/mK2。     

The Effects of Composition and Microstructure on the Thermal Conductivity of Liquid-Phase-Sintered W-Cu

Liquid-phase sintering of high-purity, submicron, co-reduced W-15Cu powders at temperatures of 1463 to 1623 K (1190 to 1350 °C) produces W grain sizes ranging from 0.6 to 1.2 μm while maintaining less than 2 pct porosity. Measured thermal conductivities of 185 to 221 W/(m·K) are related to the grain size and contiguity, which ranged from 0.51 to 0.62. The effects of composition and microstructure on thermal conductivity are further investigated with a model based on a computational cell that allows adjustment of the grain shape to produce selected matrix volume fractions and contiguities. The model considers porosity, the effects of transition metal impurities on the thermal conductivities of the W and Cu phases, and the role of an interfacial resistance between W grains. The effects of grain size and contiguity on thermal conductivity are shown for thermal boundary conductances ranging from 0 to 1.7 × 10¹⁰ W/(m²·K). Comparison of the model predictions with those of prior models, the experimental results, and previously reported thermal conductivities shows that impurities are highly detrimental to the thermal conductivity, but the thermal boundary conductance is a significant factor for high-purity W-Cu.     

粉末锻造Fe–Ni–Cu–C–Mo齿轮材料热处理及性能研究

对Fe–Ni–Cu–C–Mo粉末锻造材料的锻后热处理工艺进行了研究,通过动态连续冷却转变试验绘制出该材料的连续冷却转变（continuous cooling transformation,CCT）曲线,指导材料锻后冷却工艺的选取。对Fe–Ni–Cu–C–Mo淬火试样进行不同温度的低温回火试验,探究不同回火温度对该材料微观组织与力学性能的影响。结果表明,当锻后冷却速率大于7.0 ℃·s?1时,Fe–Ni–Cu–C–Mo粉锻材料组织全为马氏体,硬度趋于稳定;在150 ℃和175 ℃回火,碳化物均匀地分布在马氏体板条内部,起到析出强化的作用,材料表现出优异的抗拉性能。     

热处理对Ti-8V-8Cr-2Zr-3A1合金丝材组织和性能的影响

分别选用不同的固溶温度、固溶冷却方式和时效保温时间对Ti-8V-8Cr-2Zr-3A1合金丝材进行热处理,研究了热处理制度对丝材室温拉伸性能及金相显微组织的影响。结果表明：固溶处理温度在740～820℃范围内,力学性能及显微组织对温度不敏感,固溶温度继续提高时,材料晶粒明显变大,强度降低,塑性下降;固溶温度为740℃,分别以水淬、空冷方式冷却,材料的组织、性能无明显变化,以炉冷方式冷却,强度提高,塑性下降。眼镜架用Ti-8V-8Cr-2Zr-3A1合金丝材较为理想的热处理工艺为740℃×10min／AC＋550℃×（4～6）h／AC,经该工艺处理后,材料的抗拉强度约1120MPa,延伸率大于12％,能够满足用户要求。     

热压烧结AlN-TiB2复合材料导热性能的研究

采用热压烧结工艺制备了AlN-TiB2复合材料。通过XRD、SEM和激光导热仪研究了TiB2含量和烧结温度对材料导热性能的影响。结果表明:随着TiB2含量的增加,复合材料的热导率逐渐下降,当TiB2含量增至50%时,热导率由102.9 W/(m.K)下降到36.6 W/(m.K)。另外,在TiB2含量10%时,随着烧结温度的升高,热导率呈逐渐上升的趋势。并对A1N-TiB2的相组成和显微结构进行了观察分析。     

热处理工艺对Ti53311S钛合金组织与性能的影响

研究了低温退火和高温淬火＋时效两种热处理方式对Ti53311S钛合金棒材显微组织与力学性能的影响。实验结果表明：经两种不同热处理制度处理后,均能获得满足Q／XB1517—1998标准要求的Ti53311S钛合金棒材。经650oC低温退火处理后可获得等轴a＋β组织,经高温淬火＋时效处理后可获得等轴初生a＋含针状a的转变β双态组织。在生产中,可根据实际情况选取更为适宜的热处理方式,其中,较为经济的热处理方式为650℃×60min／AC;可获得较好力学性能的热处理方式为980℃×（30～90）min／WQ＋650℃×6h／AC。     

废钢熔化的热模试验

 为了解废钢的熔化速度和熔化机理,在250 kg感应炉中进行了热模拟试验。测量熔化速度采用直径为[?20～?50 mm]的Q235圆钢,熔池温度为1 300、1 400和1 600 ℃。根据试棒直径不同确定在熔池中浸泡时间。根据钢棒浸泡前后的质量和尺寸差别,计算出熔池为1 300、1 400和1 600 ℃时,其质量熔化速度分别为1.8～4.0、3.5～6.5和12.6 g/s;径向熔化速度为0.012～0.026、0.035～0.045和0.060 mm/s。熔池液体与试棒之间的对流换热系数在1 400 ℃时为32 931 W/（m2·℃）,1 600 ℃时为32 884 W/（m2·℃）。在温度为1 300 ℃时,碳在液体与试棒之间的对流传质系数为6.3×10－5 m/s,温度为1 400 ℃时为6.4×10－5 m/s。热模拟试验所测得的钢棒熔化速度、液-固相之间的对流换热系数、碳的对流传质系数都与国外冶金工作者的试验结果相近,可以作为炼钢生产中计算废钢熔化的基础数据。