摘要: 钨铜复合材料具有高导电导热性能、低膨胀系数、良好的高温强度和抗电弧烧蚀性能，在电气工程、机械加工及电子信息等领域获得了广泛应用。介绍了钨铜复合材料的传统工艺及制备新技术，综述了其在电器开关、电极、微电子及军工等领域的应用，并对其制备技术和应用开发进行了展望。

关键词: 钨铜复合材料; 制备技术; 应用开发

中图分类号: TF125． 2+41 文献标识码: A 文章编号: 1673 － 4971( 2012)

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前言

钨铜复合材料的研究与开发***早可追溯到上世纪三十年代，由于其良好的耐压强度和耐电烧蚀性能，当时在高压电器开关等工业部门获得了广泛应用。进入六十年代，钨铜复合材料逐渐在电阻焊电极、航空航天耐高温零部件等领域获得应用。此后，随着制备技术的逐步提高和应用领域的不断拓展，钨铜复合材料的发展和应用逐渐走向成熟，并于九十年代，作为电子封装和热沉材料开始在大规模集成电路和大功率电子器件等领域获得了广泛关注。进入二十一世纪，钨铜复合材料更是作为破甲弹药罩材料、导弹喷管材料及靶材等在军事及高新技术领域获得了应用［1］。

钨铜复合材料由高熔点、高密度及低膨胀系数的钨和高导电、高导热的铜组成，兼具二者的优越性能，广泛应用于电子、电器、机械及航空航天等工业部门［2 ～ 4］，在许多高新技术领域具有广阔的应用前景。但钨和铜熔点差距大且互不相溶，采用粉末冶金法制备的钨铜复合材料致密度不高，通常导致材料的导电、导热及力学性能不足，为了不断满足工业发展提出的新要求，钨铜复合材料的制备技术和应用开发经历了一系列复杂的发展历程。

1.钨铜复合材料的制备技术

1．1熔渗法

熔渗法是将钨粉或者钨粉与少量铜粉的混合物压制成坯，通过一定温度下的预烧制备成多孔钨骨架，再将金属铜熔化并利用毛细管力作用使其沿钨颗粒间隙流动逐渐填充骨架，获得钨铜复合材料［5］。由于钨骨架的孔隙连通性及大小一致性难以控制，致使熔渗后铜相的分布均匀性难以保证，而且熔渗后的富铜表皮须进行后序加工，不利于形状复杂零部件的制造［6 ～ 8］。但作为传统制备钨铜复合材料广泛应用的方法之一，溶渗法制备的材料具有致密度高，烧结性能好，导电、导热性能理想等优点。

1． 2高温液相烧结法

高温液相烧结法是将一定比例的钨粉和铜粉进行混合、成形，并在铜熔点以上的某一温度下进行烧结，获得钨铜复合材料。由于液相铜与钨的表面润湿性差，采用该工艺制备钨铜复合材料的烧结致密化过程主要是颗粒重排，影响***终材料的烧结致密度。但作为传统钨铜复合材料的制备方法之一，高温液相烧结法具有生产工艺简单、易操易控等优点［9，10］。

1． 3活化液相烧结法

活化液相烧结法是指在高温液相烧结制备钨铜复合材料过程中加入微量 Pd、Ni、Co、Fe 等活化元素提高烧结效果，获得钨铜复合材料。由于活化元素的加入会不同程度地影响材料的导电、导热性能，不利于其在热、电控等材料中的应用

［1，11］。但作为不断发展的钨铜复合材料新制备方法之一，与高温液相烧结法相比，活化液相烧结法制备的材料具有烧结致密度高，硬度、抗弯强度等力学性能好的优点。表 1 所示为两种烧结方法制备的 W-10Cu 复合材料的部分性能对比［1］。

1．4 功能梯度法

功能梯度法是指通过一定的工艺手段获得具有特定梯度结构和性能的钨铜复合材料的方法。采用该方法制备的功能梯度材料的特点是通过成分连续变化的中间层由具有高导电、导热性和良好塑韧性的铜或高铜含量的钨铜复合材料一端，逐步过渡到高熔点、高硬度的钨或高钨含量的钨铜复合材料一端［12，13］。目前，结构设计、热应力分析及制备工艺等仍是该类材料的研究重点，其应用开发主要处于基础性试验阶段。但作为新近发展的钨铜复合材料制备方法之一，功能梯度法制备的材料具有较好的力学性能、抗烧蚀性及抗热震性等优点。

1．5 其它新方法

近年来，随着现代科学技术对材料性能及零部件形状复杂程度要求的提高，粉末制备、成形及烧结技术迅速发展，新的钨铜复合材料制备方法不断涌现。比如，粉末制备中的热气流雾化、热化学法等，成形中的注射成形、流动温压技术等，烧结中的微波烧结、激光烧结及放电等离子烧结等［14 ～ 17］。此外，根据零部件使用环境要求设计并制备特定结构钨铜复合材料的方法近年来也获得了广泛关注和巨大发展。

2.钨铜复合材料的应用开发

2．1电器开关

钨铜复合材料自上世纪三十年代出现以来就作为高压电器开关的电触头材料逐渐获得应用。钨3387 ℃ 的熔点远高于铜 2593 ℃ 的沸点，有利于电弧高温作用下钨铜复合材料中铜的" 发汗" 散热，从而保持钨骨架的及时冷却，降低电子发散程度，保证电触头的良好开断功能［18，19］。近年来，真空电器开关的出现对钨铜复合材料的发展提出了新要求，拓宽了该类材料的应用领域，有力推动了钨铜复合材料制备技术的发展。

2．2电极

电极材料是电火花加工中的关键材料，对加工面的光洁度、加工精度、精细加工能力及加工稳定性等均将产生直接影响，要求材料具有较好的致密度和组织均匀性，尤其是一些管料、

细长棒材及异型电极等。尽管铜和部分铜合金由于材料来源广、价格相对低廉，在电火花加工发展的初期曾一度成为其电极材料的主导方向。但由于铜和铜合金耐电火花烧蚀能力差，导致电极消耗大、加工精度不足。而钨铜复合材料由于其良好的耐烧蚀能力和高温力学性能，其电极使用寿命、加工效率及加工精度明显更高，是 现 代 电 火 花 加 工 电 极 材 料 的 重 要 发 展 方向［20］。

2．3微电子

钨铜复合材料由于其良好的导电、导热性能及优异的热稳定性，已成为大功率微波器件和超大规模集成电路基片、嵌块、连接件及散热元件等不可缺的关键材料［20］。其高导热、高热稳定性及良好的近净尺寸成形性，可提高微电子器件的使用功率，有利于实现器件的小型化和精密化发展。钨铜复合材料的低热膨胀系数及其热膨胀系数的可调节性，有利于其与微电子器件中硅片、砷化镓等半导体材料及管用陶瓷材料的连接匹配，避免热应力导致的热疲劳破坏［18，21，22］，拓宽钨铜复合材料在微电子领域的应用范围。

2．4军工

钨铜复合材料由于其高导电、导热性能，良好的抗电弧、抗摩擦及热稳定性等，自上世纪六十年代起便逐渐在电磁炮导轨、火箭导弹喷管喉衬及燃气舵等高温领域获得应用。此外，钨铜复合材料近年来逐渐被用作破甲弹药罩材料，其高密度、高声速及良好的力学性能，有利于提高破甲弹的破甲威力。欧美等发达国家研究表明，与纯铜破甲弹药罩相比，钨铜复合材料药罩在三倍口径炸高的条件下，其破甲深度可提高 30%［18］。随着高性能钨铜复合材料的制备技术和应用研究的不断发展，在军事工业中的应用前景将更加广阔。

3.展望

钨铜复合材料作为一种重要的粉末冶金材料，因其一系列较为优异的性能，长期以来受到材料和冶金科技工作者的广泛关注和深入研究。随着制备技术的发展和相关应用领域的开拓，钨铜复合材料逐渐在电气、微电子、航天航空及国防等工业领域获得了广泛应用，但在保证材料致密度和使用性能的基础上，如何实现工业简单化、多样化和节能化仍是该类材料当前发展的关键所在。近年来，高度弥散、纳米化粉末制备技术、新型压制及烧结技术的快速发展，使钨铜复合材料的性能获得了进一步提高，有效拓宽了其在高新领域的应用前景，但如何开发出易操易控的新工艺实现真正意义的产业化仍是该类材料今后研发的重点。

来源：中国知网    作者：刘克明

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