钨铜复合材料是由互不相溶的钨和铜形成的“假合金”其具有钨的耐高温、高密度及低线膨胀系数和铜的高热导率及高导电系数且高温下钨铜复合材料可通过铜的液化与蒸发带走大量热量冷却钨骨架因此钨铜复合材料广泛应用于电触头材料。介绍了液相烧结法、溶渗法、机械合金化法及真空热压法等电工钨铜复合材料的制备技术阐述了粉末粒度、烧结温度及掺杂对电工钨铜复合材料性能的影响。

触头材料的密度、熔点、电导率及烧蚀性能等决定其电寿命随经济建设不断推进现代化大功率电器随之增多在大功率电器系统中存在成百上千的电触头一旦其中一个触头失效会导致整个电力系统“瘫痪”造成巨大的经济损失触头的失效形式主要是动弧触头触指异常张开及静弧触头烧蚀变细。我国能源资源与负荷存在严重分布不均现象能源资源紧缺已成为限制经济发展的重要因素为缓解能源紧缺矛盾跨地区、远距离输电必将成为主流趋势电触头是远距离输电工程中的重要消耗零部件因此制备出高密度、高熔点、高抗烧蚀性能及高导电率的电工钨铜复合材料具有重要的工程应用价值

电工钨铜复合材料的制备方法

液相烧结法液：相烧结法是将所需成分配比铜粉和钨粉混合并在液相温度下进行烧结其工序简单且易操作但烧结温度往往很高且由液相烧结法制备的钨铜复合材料致密度不高只能达到理论密度的90~95若要提高致密度还需对钨铜复合材料进行热锻、热压等复杂工序。活化液相烧结法是在液相烧结法的基础上加入N、P、C等素可提高钨的溶解度使其相对密度提高烧结致密温度降低从而降低产品成本但加入活化素对钨铜复合材料导电性能产生影响。

采用活化液相烧结法制备电极用高性能钨铜复合材料分别添加N和C活化素骨架烧结温度均为1250℃研究表明加入N和C能提高钨铜复合材料性能当活化素添加量质量分数下同为03时钨铜复合材料的密度由1493涨至约1703但由于加入N或C钨铜复合材料的电导率下降约17IACS因此活化液相烧结法一般用于制备对电导率要求不高的钨铜复合材料。

熔渗法：是目制备钨铜复合材料最广泛的方法其主要分为预烧骨架和渗铜两部分核心是制备出一定孔隙率的钨骨架孔隙率一般通过控制压坯密度实现［13-16］。由熔渗法制备的钨铜复合材料烧结性能较好但渗铜后材料表面需车削处理提高了产品成本用熔渗法制备了W-10C复合材料通过双向压制制备孔隙率为1974的钨骨架后在1300℃熔渗120结果表明W-10C复合材料的组织分布均匀相对密度为9714电导率为399IACS符合国标要求

机械合金化法：是将粉末通过研磨粉碎至纳米级再进行压制、烧结最终获得高致密度的钨铜复合材料。其特点是工艺简单易操作但在研磨过程中可能引入其他杂质。该方法制备的钨铜复合材料性能远高于传统方法。首先制备平均粒度为15超细钨铜复合粉体后进行W-15C复合材料致密烧结当烧结温度为1050℃时材料致密度迅速上升当烧结温度为1220℃时材料相对密度为9845其烧结致密温度远低于传统烧结温度1500~1700℃研究表明利用机械合金化法制备的钨铜复合材料具有优异的力学性能和耐电弧烧蚀性能符合标准中对电触头产品材料的要求。

真空热压法：是将粉末同时进行压制和烧结所需压力和温度一般低于正常值且材料的致密度及组织均匀性较优异但热压法每次只能生产一件产品很难满足大批量生产需求［28-30］。赵瑞龙等［31］通过热压法制备了W-50C复合材料热压温度为950℃压力为30MP研究表明W-50C复合材料的组织均匀铜相均匀分布在钨相周围未出现偏聚现象相对密度可达996电导率可达到689IACS

电工钨铜复合材料性能的和强度是多少？

粉末粒度是影响电工钨铜复合材料的重要因素粒度与粉末的自由能和比表面积息息相关即粉末粒度越小其自由能和比表面积越大对于同一种电工钨铜复合材料用不同粒度粉末其导电性能、密度和硬度存在差异。为研究粉末粒度对钨铜复合材料性能的影响

分别选用粉末粒度为265、432、826?的钨粉制备W-20C复合材料其烧结温度1300℃、压力196N及熔渗温度1300℃均相同研究表明随粉末粒度从265?增至826?材料的硬度和密度逐渐降低即粉末粒度越大材料的硬度和密度越低；随粉末粒度增大材料的电导率上升主要由于随粉末粒度提升钨颗粒间的连接性降低材料内的闭孔数量随之减少。