Sulla ricerca sui materiali compositi in rame-tungsteno
I materiali compositi tungsteno-rame hanno un'elevata conduttività elettrica e termica, un basso coefficiente di espansione, una buona resistenza alle alte temperature e resistenza all'ablazione con arco e sono stati ampiamente utilizzati nell'ingegneria elettrica, nella lavorazione meccanica, nell'informazione elettronica e in altri campi. Questo documento introduce il processo tradizionale e la nuova tecnologia di preparazione dei materiali compositi tungsteno-rame, esamina le sue applicazioni nei campi degli interruttori elettrici, degli elettrodi, della microelettronica e dell'industria militare e prospetta la sua tecnologia di preparazione e lo sviluppo delle applicazioni.
Prefazione
La ricerca e lo sviluppo di materiali compositi tungsteno-rame possono essere fatti risalire agli anni '30. Grazie alla sua buona resistenza alla tensione e alla resistenza all'ablazione elettrica, è stato ampiamente utilizzato in settori industriali come gli interruttori elettrici ad alta tensione. Negli anni '60, i materiali compositi tungsteno-rame trovarono gradualmente applicazioni in campi quali gli elettrodi per saldatura a resistenza e i componenti aerospaziali resistenti alle alte temperature. Da allora, con il graduale miglioramento della tecnologia di preparazione e la continua espansione dei campi di applicazione, lo sviluppo e l'applicazione dei materiali compositi tungsteno-rame sono gradualmente maturati. Negli anni '90, come materiali per imballaggi elettronici e dissipatori di calore, iniziarono ad essere utilizzati in circuiti integrati su larga scala e applicazioni ad alta potenza. I dispositivi elettronici e altri campi hanno ricevuto un'attenzione diffusa. Entrando nel 21° secolo, i materiali compositi tungsteno-rame sono stati utilizzati in campi militari e high-tech come materiali di copertura di munizioni perforanti, materiali per ugelli missilistici e materiali per bersagli [1].
I materiali compositi tungsteno-rame sono composti da tungsteno con alto punto di fusione, alta densità e basso coefficiente di dilatazione e rame con elevata conduttività elettrica e termica. Ha le proprietà superiori di entrambi ed è ampiamente utilizzato in settori industriali come l'elettronica, gli elettrodomestici, i macchinari e l'aerospaziale [2 ~ 4], ha ampie prospettive di applicazione in molti campi ad alta tecnologia. Tuttavia, esiste un ampio divario tra i punti di fusione del tungsteno e del rame e sono incompatibili tra loro. La densità dei materiali compositi tungsteno-rame preparati mediante metallurgia delle polveri non è elevata, il che di solito si traduce in una conduttività elettrica, una conduttività termica e proprietà meccaniche insufficienti del materiale. Al fine di soddisfare continuamente le nuove esigenze avanzate dallo sviluppo industriale, la tecnologia di preparazione e lo sviluppo applicativo dei materiali compositi tungsteno-rame hanno sperimentato una serie di processi di sviluppo complessi.
1. Tecnologia di preparazione dei materiali compositi tungsteno-rame
1.1 Metodo di infiltrazione
Il metodo di infiltrazione consiste nel pressare la polvere di tungsteno o una miscela di polvere di tungsteno e una piccola quantità di polvere di rame in una billetta e preparare uno scheletro di tungsteno poroso mediante pre-sinterizzazione a una determinata temperatura, quindi sciogliere il rame metallico e utilizzare la forza capillare per farlo scorrere lungo gli spazi tra le particelle di tungsteno. Lo scheletro viene gradualmente riempito fino ad ottenere un materiale composito tungsteno-rame [5]. Poiché la connettività dei pori e la consistenza dimensionale dello scheletro di tungsteno sono difficili da controllare, è difficile garantire la distribuzione uniforme della fase di rame dopo l'infiltrazione e la pelle ricca di rame dopo l'infiltrazione deve essere lavorata successivamente, il che non favorisce la fabbricazione di parti con forme complesse [6-8]. Tuttavia, essendo uno dei metodi tradizionali ampiamente utilizzati per preparare materiali compositi tungsteno-rame, i materiali preparati con il metodo di infiltrazione della soluzione presentano i vantaggi di alta densità, buone prestazioni di sinterizzazione e conduttività elettrica e termica ideale.
1. 2 Metodo di sinterizzazione in fase liquida ad alta temperatura
Il metodo di sinterizzazione in fase liquida ad alta temperatura mescola e modella una certa proporzione di polvere di tungsteno e polvere di rame e le sinterizza a una temperatura superiore al punto di fusione del rame per ottenere un materiale composito tungsteno-rame. A causa della scarsa bagnabilità superficiale del rame liquido e del tungsteno, il processo di densificazione di sinterizzazione dei materiali compositi tungsteno-rame preparati utilizzando questo processo consiste principalmente nel riarrangiamento delle particelle, che influisce sulla densità di sinterizzazione del materiale finale. Tuttavia, essendo uno dei metodi tradizionali di preparazione dei materiali compositi tungsteno-rame, il metodo di sinterizzazione in fase liquida ad alta temperatura presenta i vantaggi di un processo di produzione semplice, facilità d'uso e controllo [9, 10].
1. 3 Metodo di sinterizzazione in fase liquida attivata
Il metodo di sinterizzazione in fase liquida attivata si riferisce all'aggiunta di tracce di Pd, Ni, Co, Fe e altri elementi di attivazione durante il processo di sinterizzazione in fase liquida ad alta temperatura per preparare materiali compositi tungsteno-rame per migliorare l'effetto di sinterizzazione e ottenere un composito tungsteno-rame materiali. Poiché l'aggiunta di elementi di attivazione influenzerà la conduttività elettrica e termica del materiale a vari livelli, non è favorevole alla sua applicazione nel controllo termico, elettrico e in altri materiali.
