銅産業の知識: タングステン銅合金の製造プロセス
タングステン銅合金の製造工程：
1. タングステン銅溶融浸透法
溶融浸透法は、タングステン粉末をビレットに圧縮し、一定の温度で予備焼結して一定の密度と強度を持つ多孔質タングステンマトリックス骨格を調製し、次に融点の低い金属銅を溶融してタングステン骨格に浸透させ、より高密度のタングステン銅材料を得る方法である。そのメカニズムは主に、金属液相が多孔質マトリックスを濡らすと、金属液が毛細管力の作用で粒子の隙間に沿って流れ、多孔質タングステン骨格の細孔を埋め、より高密度の材料を得るというものである。この方法は、タングステン銅材料の靭性を向上させることができる。溶融浸透法で製造された高密度タングステン銅複合材料は、熱伝導性と電気伝導性が良好であるが、タングステン骨格がすべての細孔を連結してサイズを一定にすることが難しく、溶融浸透後の製品中の銅分布の均一性を確保することも難しく、材料特性に影響を与えることは間違いない。 粉末可塑化ニアネット成形技術の発展と、部品やコンポーネントの複雑性に対する現代科学技術の要求の高まりに伴い、タングステン骨格の製造は、従来の単一の粉末冶金ダイ成形から押し出し成形、射出成形へと発展してきました。 たとえば、米国のRM Germanらは、射出成形技術を使用してタングステン骨格を製造し、良好な結果を達成しました。 彼らは、事前に準備したタングステン骨格を900度で予備焼結し、1500度で90〜120分間溶融浸透させました。 得られた合金は優れた性能を示しました。 この方法で製造されたタングステン銅複合材料は優れた性能を備えているため、最も広く使用されています。 ただし、この方法にも大きな欠点があり、具体的には、浸透後に機械加工して余分な金属銅を除去する必要があることに現れており、その後の機械加工のコストが増加し、歩留まりが低下し、複雑な形状の部品には適していません。
2. タングステン銅の高温液相焼結
高温液相焼結は、タングステン粉末と銅粉末を一定の割合で混合し、加圧し、液相焼結してタングステン銅複合材料を製造するプロセス方法です。従来の方法では、通常、銅の融点を超える300度以上の温度で高温液相焼結を行い、緻密にします。特徴は、製造プロセスが簡単であることです。しかし、焼結温度が高い、焼結時間が長い、銅の揮発量が多い、焼結性能が悪い、焼結密度が低い（理論密度の90〜95％に過ぎない）などの欠点があり、使用要件を満たせません。そのため、材料の密度を向上させるには、液相焼結後に再加圧、ホットプレス、ホット焼成などの関連する後処理ステップを追加する必要がありますが、これによりプロセスの複雑さが増し、その適用が制限されます。 AKBhalla18らが爆発圧縮法で製造したタングステン銅材料は、良好な高温液相焼結効果を有しています。また、高温液相焼結プロセスでは、タングステンと銅の粉末の粒子サイズもタングステン銅複合材料の焼結密度に影響を与えることがわかりました。粉末が細かいほど、得られる焼結密度が高くなります。
3. 超微細/ナノサイズのタングステン銅粉末とワンステップ焼結によるほぼ完全な緻密化法
超微粉/ナノ粉末は、微細な粉末粒子、大きな比表面積、粉末間の大きな接触界面、大きな表面活性、大きな焼結駆動力、低い焼結温度、急速な緻密化、高密度、活性剤を添加しなくても優れた性能など、一連の優れた特性を備えています。したがって、超微粉で製造されたタングステン銅複合材料は、非常に高い密度、高い熱伝導性と電気伝導性、非常に細かく均一な微細構造を持ち、従来の方法で製造されたタングステン銅複合材料に比べて比類のない利点があります。超微粉/ナノタングステン銅複合粉末を製造する方法は多数あり、たとえば、メカニカルアロイング（MA）、ゾルゲル法（Sol-Ge1）、機械熱化学プロセス合成法（Mechano-Thermochemical Process）などがあります。
4. タングステン銅活性化液相焼結
活性化液相焼結法は、タングステン銅材料にPd、Ni、Co、Feなどの第3の金属元素を微量（{{0}}.1-0.5）添加して、銅に不溶性のタングステン相が銅相に溶解し、液相焼結プロセス中にこれらの金属元素を含む7-相を形成する方法です。高温液相焼結法と比較して、この方法は焼結温度を下げ、焼結時間を短縮するだけでなく、焼結密度を大幅に向上させます。JL Johnsonl1らは、遷移元素Pd、Ni、Co、Feがタングステン銅材料の焼結に及ぼす活性化効果を研究しました。この研究では、CoとFeの活性化効果が最も高く、タングステン銅材料の密度を大幅に向上できることが示されました。 W-Cu中のNiとPdの活性化効果は明らかではなく、純粋なタングステン粉末中の活性化効果よりも悪いです。その理由は、Ni、Pd、Cuは無限固溶体を形成し、活性化効果を発揮できないのに対し、Co、Fe、Cuは限られた固溶体しか形成しないからです。焼結プロセス中に、微量元素によって形成された第2相が粒界に沈殿して金属間化合物を形成し、タングステンの緻密化を促進します。JL JohnsonとRMGermanらによるW-lOCuシステムの研究では、Co含有量が0.35の場合、1300度で1時間焼結した後の材料性能が非常に良好であることも示されました。活性化強化液相焼結により、タングステン銅材料はより高い相対密度、硬度、曲げ強度などの特性を得ることができます。 ただし、活性剤の添加は高伝導相銅の電気伝導性と熱伝導性に影響を与え、それによって材料の熱伝導性と電気伝導性が大幅に低下することに注意してください。これは、高い電気伝導性と熱伝導性を必要とするマイクロエレクトロニクス材料には不利です。したがって、この方法で製造された材料は、電気伝導性と熱伝導性が必要ない場合にのみ適しています。
タングステン銅合金のグレードは誰もが知っています。タングステン銅合金の識別方法についてお話ししましょう。タングステン銅の含有量がわかれば、密度に基づいて計算することができます。これは大まかな識別です。最も科学的な検証は、X線回折分析を行うことです。これにより、材料に含まれる元素を正確に確認できます。
