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CUW70(铜钨合金)

发布:sonhooalloy 浏览:5507次

CUW70是一种常见的铜钨合金,属于一种金属基复合材料。它结合了钨的高熔点、高硬度和铜的优良导电导热性。以下是其详细的成分、性能及应用介绍。


一、 化学成分

CUW70表示钨(W)的质量分数约为70%,其余主要为铜(Cu),并可能含有微量的其他元素以改善工艺性能。

  • 主要成分:

    • 钨(W): 70% ± 2% (这是其命名的来源,也是主要的性能支撑相)

    • 铜(Cu): 约30% (作为粘结相,填充钨骨架的空隙)

  • 微量/杂质元素: 可能包含极微量的镍(Ni)、铁(Fe)等,主要用于改善铜液对钨的浸润性,便于烧结成型。

核心结构: 它不是一种固溶体合金,而是通过粉末冶金方法制成的“假合金”。在微观结构上,高熔点的钨颗粒相互连接形成坚硬的骨架,铜相则均匀地填充在钨骨架的孔隙中。这种结构是其独特性能的基础。


二、 主要性能特点

CUW70的性能完美体现了钨和铜的优势互补:

  1. 物理与机械性能:

  2. 高硬度与耐磨性: 钨骨架提供了极高的硬度(通常HV > 220)和出色的耐磨性,远高于纯铜或普通铜合金。

  3. 良好的导电与导热性: 虽然不及纯铜,但由于连续的铜相存在,其导电和导热性能远优于纯钨,且显著高于许多其他触点材料(如银基材料)。电导率通常在 40-50% IACS 左右。

  4. 高强度和一定的韧性: 抗压强度很高,能承受较大的压力。同时,铜相赋予材料一定的韧性,避免像纯陶瓷材料那样脆。

  5. 低的热膨胀系数: 钨的加入大幅降低了材料的热膨胀系数,使其与陶瓷、硅片等材料的热匹配性更好。

  6. 高熔点与抗烧蚀性: 继承了钨的高熔点特性,在高温电弧作用下不易熔化、变形或挥发,质量损失小。

  7. 关键功能性能:

  8. 优异的抗电弧侵蚀性(最重要特性之一):

  9. 耐电弧烧蚀: 在开闭电弧作用下,钨骨架因其高熔点、高沸点而保持稳定,铜相则吸收热量并通过蒸发带走热量,从而保护触点主体。

  10. 抗熔焊性: 接触点即使在高温下也不易发生熔融粘连,保证了开关的分断可靠性。

  11. 低截流值: 在断开小电流时,电弧容易熄灭,能有效抑制操作过电压。

  12. 在真空或保护气氛下的性能稳定: 广泛用于真空开关,因为铜和钨在高温下不会产生气体,能保持真空度。


三、 典型性能参数(参考值)

性能指标

典型值/范围

说明

密度

13.8 ~ 14.0 g/cm³

介于纯铜(8.96)和纯钨(19.3)之间

硬度

220 HB

具体值取决于工艺,烧结态或后续处理状态

导电率

42 ~ 50 % IACS

国际退火铜标准百分率

热导率

180 ~ 200 W/(m·K)

约为纯铜的一半,但散热能力仍然优异

抗弯强度

≥ 700 MPa

具有较高的机械强度

热膨胀系数

~ 8.5 × 10⁻⁶ /K

(20-400℃)接近硅、陶瓷,热匹配性好

软化温度

> 900 ℃

远高于纯铜,高温下能保持形状和性能


四、 主要应用领域

基于以上性能,CUW70主要用于对抗电弧、耐磨损、高导电导热有苛刻要求的场合:

  1. 电接触材料(核心应用):

  2. 中高压断路器、负荷开关、接触器的触头(触点)。

  3. 真空开关管(真空灭弧室)的触头材料。 这是其最重要的应用之一。

  4. 继电器、点焊电极、火花塞电极。

  5. 散热与封装材料:

  6. 大功率微波器件、激光二极管、功率模块的散热基板(热沉)。 因其高导热和低热膨胀系数,能与芯片材料(如GaAs、SiC)良好匹配。

  7. 半导体封装部件。

  8. 电极与加工材料:

  9. 电火花加工(EDM)电极,用于精密模具加工,其损耗小,加工精度高。

  10. 电阻焊电极,特别是焊接高强钢、镀层板时,抗粘附、耐磨。

  11. 其他特殊用途:

  12. 军工领域,如穿甲弹弹芯材料。

  13. 配重、平衡部件(利用其高密度)。


五、 加工与注意事项

  • 制造工艺: 几乎全部采用粉末冶金法(混粉-压制-烧结-熔渗或直接烧结)制备,无法通过熔铸获得。

  • 加工性: 材料很硬,机械加工困难,通常使用金刚石刀具或磨削加工,成本较高。

  • 焊接: 焊接性较差,通常采用钎焊或特种焊接工艺与其它部件连接。

总结

CUW70是一种以钨为骨架(70%)、铜为粘结相(30%)的高性能粉末冶金复合材料。 其最大优点是将钨的耐高温、耐电弧烧蚀、高硬度与铜的优良导电导热性有机结合,使其成为中高压电接触材料、真空触头和特殊散热器件的关键材料。在选择时,需要权衡其优异的性能与较高的成本和加工难度。



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