Conoscenza del settore del rame: processo di produzione della lega di rame-tungsteno
Processo di produzione della lega di rame tungsteno:
1. Metodo di infiltrazione di rame e tungsteno fuso
Il metodo di infiltrazione a fusione consiste nel pressare la polvere di tungsteno in una billetta, pre-sinterizzare a una certa temperatura per preparare uno scheletro di matrice di tungsteno poroso con una certa densità e resistenza, quindi fondere il rame metallico con un punto di fusione inferiore e infiltrarlo nello scheletro di tungsteno per ottenere un materiale di rame di tungsteno più denso. Il suo meccanismo è principalmente che quando la fase liquida del metallo bagna la matrice porosa, il liquido metallico scorre lungo lo spazio delle particelle sotto l'azione della forza capillare per riempire i pori dello scheletro di tungsteno poroso, ottenendo così un materiale più denso. Questo metodo può migliorare la tenacità dei materiali di rame di tungsteno. Il materiale composito di rame di tungsteno ad alta densità preparato con il metodo di infiltrazione a fusione ha una buona conduttività termica ed elettrica, ma è difficile per lo scheletro di tungsteno rendere tutti i pori collegati e di dimensioni coerenti, ed è anche difficile garantire l'uniformità della distribuzione del rame nel prodotto dopo l'infiltrazione a fusione, che è destinata a influenzare le proprietà del materiale. Con lo sviluppo della tecnologia di formatura near-net di plastificazione delle polveri e i crescenti requisiti della scienza e della tecnologia moderne per la complessità di parti e componenti, la preparazione di scheletri di tungsteno si è evoluta da una singola formatura tradizionale con stampo di metallurgia delle polveri a formatura per estrusione e formatura a iniezione. Ad esempio, RM German e altri negli Stati Uniti hanno utilizzato la tecnologia di stampaggio a iniezione per preparare scheletri di tungsteno e hanno ottenuto buoni risultati. Hanno pre-sinterizzato lo scheletro di tungsteno pre-preparato a 900 gradi e lo hanno infiltrato per fusione a 1500 gradi per 90~120 min. La lega ottenuta aveva prestazioni eccellenti. Poiché il materiale composito tungsteno-rame preparato con questo metodo ha prestazioni eccellenti, è il più ampiamente utilizzato. Tuttavia, questo metodo presenta anche grandi carenze, che si manifestano specificamente nella necessità di lavorazione dopo l'infiltrazione per rimuovere il rame metallico in eccesso, il che aumenta il costo della lavorazione successiva, riduce il tasso di resa e non è favorevole all'uso in parti con forme complesse.
2. Sinterizzazione in fase liquida ad alta temperatura del rame tungsteno
La sinterizzazione in fase liquida ad alta temperatura è un metodo di processo per preparare materiali compositi di tungsteno-rame miscelando polvere di tungsteno e polvere di rame in una certa proporzione, pressatura e sinterizzazione in fase liquida. Il metodo tradizionale di solito esegue la sinterizzazione in fase liquida ad alta temperatura a una temperatura superiore a 300 gradi sopra il punto di fusione del rame per renderlo denso. La caratteristica è che il processo di produzione è semplice, ma ci sono svantaggi come alta temperatura di sinterizzazione, lungo tempo di sinterizzazione, grande quantità di volatilizzazione del rame, scarse prestazioni di sinterizzazione e bassa densità di sinterizzazione (solo 90~95 della densità teorica), che non possono soddisfare i requisiti di utilizzo. Pertanto, al fine di migliorare la densità del materiale, è necessario aggiungere fasi di post-elaborazione pertinenti come ri-pressatura, pressatura a caldo, calcinazione a caldo, ecc. dopo la sinterizzazione in fase liquida, ma ciò aumenta la complessità del processo e ne limita l'applicazione. Il materiale di rame-tungsteno preparato con il metodo di compattazione esplosiva da AKBhalla18 et al. ha un buon effetto di sinterizzazione in fase liquida ad alta temperatura. Inoltre, è stato scoperto nel processo di sinterizzazione in fase liquida ad alta temperatura che la dimensione delle particelle di polveri di tungsteno e rame influisce anche sulla densità di sinterizzazione dei compositi di rame e tungsteno. Più fine è la polvere, maggiore è la densità di sinterizzazione ottenuta.
3. Polvere di rame tungsteno ultrafine/nano e metodo di densificazione quasi completa tramite sinterizzazione in un unico passaggio
La polvere ultrafine/nano ha una serie di eccellenti caratteristiche: come grani di polvere fini, ampia area superficiale specifica, ampia interfaccia di contatto tra polveri, ampia attività superficiale, ampia forza motrice di sinterizzazione, bassa temperatura di sinterizzazione, rapida densificazione, elevata densità e buone prestazioni senza aggiunta di alcun attivatore. Pertanto, il materiale composito di tungsteno-rame preparato con polvere ultrafine ha densità molto elevata, elevata conduttività termica ed elettrica, microstruttura molto fine e uniforme e presenta vantaggi incomparabili rispetto al materiale composito di tungsteno-rame preparato con metodi convenzionali. Esistono molti metodi per preparare polveri composite di tungsteno-rame ultrafine/nano, come la lega meccanica (MA), il metodo sol-gel (Sol-Ge1), il metodo di sintesi del processo termochimico-meccanico (processo meccano-termochimico), ecc.
4. Sinterizzazione in fase liquida attivata con tungsteno-rame
La sinterizzazione in fase liquida attivata è un metodo per aggiungere una quantità traccia ({{0}}.1-0.5) di un terzo elemento metallico come Pd, Ni, Co, Fe, ecc. al materiale di rame-tungsteno per promuovere la fase di tungsteno insolubile nel rame per dissolversi nella fase di rame e formare una fase 7- contenente questi elementi metallici durante il processo di sinterizzazione in fase liquida. Rispetto al metodo di sinterizzazione in fase liquida ad alta temperatura, questo metodo non solo riduce la temperatura di sinterizzazione e accorcia il tempo di sinterizzazione, ma migliora anche notevolmente la densità di sinterizzazione. JL Johnsonl1 et al. hanno studiato l'effetto di attivazione degli elementi di transizione Pd, Ni, Co e Fe sulla sinterizzazione di materiali di rame-tungsteno. Lo studio ha dimostrato che Co e Fe hanno il miglior effetto di attivazione, che può migliorare significativamente la densità dei materiali di rame-tungsteno. L'effetto di attivazione di Ni e Pd in W-Cu non è ovvio, il che è peggiore di quello nella polvere di tungsteno puro. Il motivo è che Ni, Pd e Cu formano una soluzione solida infinita e non possono svolgere un effetto di attivazione, mentre Co, Fe e Cu formano solo una soluzione solida limitata. Durante il processo di sinterizzazione, la seconda fase formata da oligoelementi precipiterà al confine del grano e formerà composti intermetallici, che promuovono la densificazione del tungsteno. Lo studio di JL Johnson e RMGerman et al. sul sistema W-lOCu ha anche dimostrato che quando il contenuto di Co è 0,35, le prestazioni del materiale dopo la sinterizzazione a 1300 gradi per 1 ora sono molto buone. La sinterizzazione in fase liquida potenziata dall'attivazione può consentire ai materiali in rame tungsteno di ottenere densità relativa, durezza, resistenza alla flessione e altre proprietà più elevate. Tuttavia, vale la pena notare che l'aggiunta di attivatori influenzerà la conduttività elettrica e termica del rame in fase ad alta conduttività, riducendo così significativamente la conduttività termica ed elettrica del materiale, il che è sfavorevole per i materiali microelettronici che richiedono un'elevata conduttività elettrica e termica. Pertanto, i materiali preparati con questo metodo sono adatti solo nei casi in cui non è richiesta conduttività elettrica e termica.
Tutti conoscono i gradi delle leghe di rame tungsteno. Parliamo del metodo di identificazione delle leghe di rame tungsteno: se si conosce il contenuto di rame tungsteno, è possibile calcolarlo in base alla densità, che è un'identificazione approssimativa. La verifica più scientifica è quella di eseguire l'analisi di diffrazione dei raggi X, che può vedere con precisione gli elementi contenuti nel materiale.
