wcu粉末形变复合电极材料制造技术项目立项建设可行性研究报告书.doc

W-Cu粉末形变复合电极材料制造技术 项目 可行性研究报告 ********工业大学 项目的应用领域、国内外发展现状与趋势 随着我国各工业部门的高速发展，各种电加工技术也日益普遍地被采用，这些都对电工材料提出了更高的要求。钨铜粉末冶金复合材料是由高熔点、高硬度的钨和高导电、导热率的铜所构成，因而其具有良好的耐电弧烧蚀性、抗熔焊性和高强度、高硬度等优点，目前被广泛的用作真空开关电触头材料，电热合金和高密度合金，电阻焊、电火花加工和等离子电极材料，电子封装材料，如计算机中央处理系统，大规模集成电路的引线框架，固态微波等电子器件的热沉基片[1～4]。钨铜复合材料性能好，成本低，被认为是极具发展潜力和应用前景的新型功能材料。 由于钨铜之间互不相溶且无反应，两者之间形成假合金，所以冶金法难以生产，只有采用熔浸和粉末冶金法才能获得钨铜复合材料。然而获取完全致密的钨铜复合材料在工艺上有很大的困难，材料的完全致密化一直是未能很好的解决。材料不完全致密，将大大降低其各种性能，相对密度低于99.5%的材料一般不能作为电火花加工用电极；高强度和高气密性要求相对密度大于98%；特定的物理性能要求严格控制成分和组织形态；复杂形状零件的近成形等等这些特殊的要求，对钨铜复合材料的生产工艺提出了更高的要求[5～8]。 在W-Cu材料中，W和Cu是固相不相溶材料，W的溶点高、硬度高，故W能形成难熔骨架，使材料具有抗电蚀、耐磨损及耐高温的性能，且能使触头形状保持不变；而Cu具有优良的导电导热性能，在燃弧状态下，低溶点的Cu被熔化，由于毛细血管作用，它被吸附在W骨架的毛细孔中，即使局部温度很高，材料也不至于产生熔焊和飞溅，从而提高了抗电磨损性能。同时电弧热被吸收，消耗在钨骨架中的铜的熔化上，消除了热量的高度集中，降低了触头表面的温度，减少了Cu相的蒸发，提高了触头的寿命。 1、主要应用领域、国内外现状 1.1电触头及电极 钨铜复合材料电触头在高压开关上已经使用多年，尤其以高压大电流断路器上使用量较大。近年来，钨铜类电触头材料的主要发展方向有两个：⑴进行各种新型高压和低压开关电器配套的钨铜和钨银触头的研制，如SF6高压断路器的大尺寸管状触头和钨铜与铜整体连接的复合触头，电气火车和新型低压电器的钨铜触头等。⑵开发各种钨铜成分的真空触头材料。国外在80年代开发WCu10到WCu30、钼铜、钨铜铝碲等各种牌号的真空触头材料。国内也相应开发了WCu10、钨铜碳化钨等真空触头材料并得到了应用。需要指出的是，为了保证触头材料在真空下使用，要求其有高抗熔焊性、足够的耐电压强度、尽量低的截止电流和极低的气体含量[9]。触头材料是决定真空断路性能的关键因素之一，世界上许多国家都非常重视它的研究与开发，出现了各种材料的触头，如W-Cu系触头材料，Cu-Cr系触头材料，含稀土元素的触头材料（如Cu-Bi、Cu-Pb合金中加入稀土元素La、Ce）和低电涌触头材料（如Co-Ag-Se）等等。但这些材料各有其优缺点和应用范围，如表1-1所示[10]。表1-2和1-3为国外WCu触头材料的性能指标[11]。材料的加工方法对其性能影响较大，比如预先烧结W骨架后再熔浸后获得的复合材料的综合性能要比直接熔浸的要好。所以工艺的选择是使复合材料获得优良性能的前提。 表1-1触头材料的电特性[10] Table1-1 Characteristics of contract materials[10] 材料 分断 能力 抗 侵 蚀 耐 电 压 载流 能力 抗 熔 焊 截 流 应用 CrCu 良 良 良 良 良 中 中压断路器 CuCr+Bi，Sb 中 良 中 良 优 优 中压接触器 WCAg 差 良 良 中 优 优 低压接触器及开关（电流低于5.5KA） WCu 差 优 优 良 中 良 中压低电流转换开关 WCu+Me 差 优 中 良 良 优 电流低于5.5KA的接触器或中压开关 CuBi 优 中 差 优 中 良 中压断路器（目前已被CuCr取代） 表1-2德国DoDuCo公司W-Cu复合材料性能[11] Table1-2 Characteristics of W-Cu alloy materials German DoDuCo company[11] 材料牌号 成分 （%） 导电率 （m/Ω·mm2） 硬度 （HV） W20CuV* 80W+20Cu 16 220 W35CuV* 65W+35Cu 23 150 W35CuSb* 65W+35Cu+Sb 10～16 200～240 *为加入活化剂Ni 表1-3奥地利Plansee公司W-Cu复合材料性能[11] Table.1-3 Characteristics of W-Cu all