CUW70是一种常见的铜钨合金,属于一种金属基复合材料。它结合了钨的高熔点、高硬度和铜的优良导电导热性。以下是其详细的成分、性能及应用介绍。
CUW70表示钨(W)的质量分数约为70%,其余主要为铜(Cu),并可能含有微量的其他元素以改善工艺性能。
主要成分:
钨(W): 70% ± 2% (这是其命名的来源,也是主要的性能支撑相)
铜(Cu): 约30% (作为粘结相,填充钨骨架的空隙)
微量/杂质元素: 可能包含极微量的镍(Ni)、铁(Fe)等,主要用于改善铜液对钨的浸润性,便于烧结成型。
核心结构: 它不是一种固溶体合金,而是通过粉末冶金方法制成的“假合金”。在微观结构上,高熔点的钨颗粒相互连接形成坚硬的骨架,铜相则均匀地填充在钨骨架的孔隙中。这种结构是其独特性能的基础。
CUW70的性能完美体现了钨和铜的优势互补:
物理与机械性能:
高硬度与耐磨性: 钨骨架提供了极高的硬度(通常HV > 220)和出色的耐磨性,远高于纯铜或普通铜合金。
良好的导电与导热性: 虽然不及纯铜,但由于连续的铜相存在,其导电和导热性能远优于纯钨,且显著高于许多其他触点材料(如银基材料)。电导率通常在 40-50% IACS 左右。
高强度和一定的韧性: 抗压强度很高,能承受较大的压力。同时,铜相赋予材料一定的韧性,避免像纯陶瓷材料那样脆。
低的热膨胀系数: 钨的加入大幅降低了材料的热膨胀系数,使其与陶瓷、硅片等材料的热匹配性更好。
高熔点与抗烧蚀性: 继承了钨的高熔点特性,在高温电弧作用下不易熔化、变形或挥发,质量损失小。
关键功能性能:
优异的抗电弧侵蚀性(最重要特性之一):
耐电弧烧蚀: 在开闭电弧作用下,钨骨架因其高熔点、高沸点而保持稳定,铜相则吸收热量并通过蒸发带走热量,从而保护触点主体。
抗熔焊性: 接触点即使在高温下也不易发生熔融粘连,保证了开关的分断可靠性。
低截流值: 在断开小电流时,电弧容易熄灭,能有效抑制操作过电压。
在真空或保护气氛下的性能稳定: 广泛用于真空开关,因为铜和钨在高温下不会产生气体,能保持真空度。
性能指标 | 典型值/范围 | 说明 |
密度 | 约 13.8 ~ 14.0 g/cm³ | 介于纯铜(8.96)和纯钨(19.3)之间 |
硬度 | ≥ 220 HB | 具体值取决于工艺,烧结态或后续处理状态 |
导电率 | 42 ~ 50 % IACS | 国际退火铜标准百分率 |
热导率 | 180 ~ 200 W/(m·K) | 约为纯铜的一半,但散热能力仍然优异 |
抗弯强度 | ≥ 700 MPa | 具有较高的机械强度 |
热膨胀系数 | ~ 8.5 × 10⁻⁶ /K | (20-400℃)接近硅、陶瓷,热匹配性好 |
软化温度 | > 900 ℃ | 远高于纯铜,高温下能保持形状和性能 |
基于以上性能,CUW70主要用于对抗电弧、耐磨损、高导电导热有苛刻要求的场合:
电接触材料(核心应用):
中高压断路器、负荷开关、接触器的触头(触点)。
真空开关管(真空灭弧室)的触头材料。 这是其最重要的应用之一。
继电器、点焊电极、火花塞电极。
散热与封装材料:
大功率微波器件、激光二极管、功率模块的散热基板(热沉)。 因其高导热和低热膨胀系数,能与芯片材料(如GaAs、SiC)良好匹配。
半导体封装部件。
电极与加工材料:
电火花加工(EDM)电极,用于精密模具加工,其损耗小,加工精度高。
电阻焊电极,特别是焊接高强钢、镀层板时,抗粘附、耐磨。
其他特殊用途:
军工领域,如穿甲弹弹芯材料。
配重、平衡部件(利用其高密度)。
制造工艺: 几乎全部采用粉末冶金法(混粉-压制-烧结-熔渗或直接烧结)制备,无法通过熔铸获得。
加工性: 材料很硬,机械加工困难,通常使用金刚石刀具或磨削加工,成本较高。
焊接: 焊接性较差,通常采用钎焊或特种焊接工艺与其它部件连接。
CUW70是一种以钨为骨架(70%)、铜为粘结相(30%)的高性能粉末冶金复合材料。 其最大优点是将钨的耐高温、耐电弧烧蚀、高硬度与铜的优良导电导热性有机结合,使其成为中高压电接触材料、真空触头和特殊散热器件的关键材料。在选择时,需要权衡其优异的性能与较高的成本和加工难度。