タングステン銅複合材料の研究について

タングステン銅複合材料の研究について

タングステンと銅の複合材料は、高い電気伝導率と熱伝導率、低い膨張係数、優れた高温強度とアーク耐摩耗性を備えており、電気工学、機械加工、電子情報などの分野で広く使用されています。 本稿では、タングステン銅複合材料の伝統的なプロセスと新しい製造技術を紹介し、電気スイッチ、電極、マイクロエレクトロニクスおよび軍事産業の分野におけるその応用をレビューし、その製造技術と応用開発を展望する。

序文

タングステンと銅の複合材料の研究開発は 1930 年代にまで遡ります。 耐電圧性と電気的アブレーションに対する耐性が優れているため、高圧電気スイッチなどの産業分野で広く使用されています。 1960 年代に、タングステンと銅の複合材料は、抵抗溶接電極や航空宇宙用の高温耐性部品などの分野で徐々に応用されるようになりました。 それ以来、製造技術の漸進的な改善と応用分野の継続的な拡大により、タングステン - 銅複合材料の開発と応用は徐々に成熟してきました。 1990 年代には、電子パッケージングおよびヒートシンク材料として、大規模集積回路や高出力用途で使用され始めました。 電子デバイスをはじめとする幅広い分野で注目を集めています。 21 世紀に入り、タングステンと銅の複合材料は、徹甲弾のカバー材料、ミサイルのノズル材料、ターゲット材料として軍事およびハイテク分野で使用されています [1]。

タングステン銅複合材料は、高融点、高密度、低膨張係数のタングステンと、高い電気伝導率と熱伝導率の銅で構成されています。 両方の優れた特性を備えており、エレクトロニクス、電気製品、機械、航空宇宙などの産業分野で広く使用されており [2 ~ 4]、多くのハイテク分野での幅広い応用の可能性があります。 しかし、タングステンと銅の融点の間には大きな隔たりがあり、互いに互換性がありません。 粉末冶金によって製造されるタングステン - 銅複合材料の密度は高くないため、通常、材料の導電性、熱伝導性、および機械的特性が不十分になります。 産業の発展によって提起される新しい要件を継続的に満たすために、タングステン - 銅複合材料の調製技術と用途開発は一連の複雑な開発プロセスを経てきました。

1. タングステン・銅複合材料の作製技術

1.1 浸透法

溶浸法は、タングステン粉末、またはタングステン粉末と少量の銅粉末の混合物をビレットに加圧し、一定の温度で仮焼結して多孔質タングステン骨格を作成し、その後金属銅を溶解して毛細管力を利用します。タングステン粒子間の隙間に沿って流れるようにします。 骨格は徐々に充填されて、タングステン - 銅複合材料が得られます [5]。 タングステン骨格の細孔の接続性とサイズの一貫性を制御するのは難しいため、浸透後の銅相の均一な分布を確保するのは困難であり、浸透後の銅の豊富なスキンを後で処理する必要があり、これは複雑な形状の部品の製造 [6-8]。 しかし、タングステン - 銅複合材料を製造するために広く使用されている伝統的な方法の 1 つである溶液浸透法によって製造された材料は、高密度、優れた焼結性能、理想的な電気伝導性と熱伝導性という利点を持っています。

1.2 高温液相焼結法

高温液相焼結法は、タングステン粉末と銅粉末を一定割合で混合・成形し、銅の融点以上の温度で焼結してタングステン・銅複合材料を得る方法です。 液体の銅とタングステンは表面の濡れ性が低いため、このプロセスを使用して調製されたタングステン - 銅複合材料の焼結緻密化プロセスは主に粒子の再配列であり、これが最終材料の焼結密度に影響を与えます。 しかし、タングステン - 銅複合材料の伝統的な製造方法の 1 つである高温液相焼結法には、製造プロセスが単純で、操作と制御が容易であるという利点があります [9, 10]。

1.3 活性化液相焼結法

活性化液相焼結法とは、高温液相焼結プロセス中に微量のPd、Ni、Co、Feおよびその他の活性化元素を添加してタングステン-銅複合材料を調製し、焼結効果を向上させてタングステン-銅複合体を得る方法を指します。材料。 活性化元素の添加は材料の電気伝導率と熱伝導率にさまざまな程度の影響を与えるため、熱、電気制御、その他の材料への応用には適していません。