鎢銅合金(Tungsten copper alloy)主要應用

　　　鎢銅合金綜合了金屬鎢和銅的優點，其中鎢熔點高(鎢熔點為3410℃，鐵的熔點1534℃)，密度大(鎢密度為19.34g/cm3，鐵的密度為7.8g/cm3) ；銅導電導熱性能優越，鎢銅合金(成分一般范圍為WCu7~WCu50)微觀組織均勻、耐高溫、強度高、耐電弧燒蝕、密度大；導電、導熱性能適中，廣泛應用于軍用耐高溫材料、高壓開關用電工合金、電加工電極、微電子材料，做為零部件和元器件廣泛應用于航天、航空、電子、電力、冶金、機械、體育器材等行業。
表1 　金屬鎢和銅的物理性能
性能 密度
g/cm3 熱膨脹
系數
10-6/℃ 熱導率
w/(m·k) 熱容
J/(kg·℃) 彈性
模量
GPa 泊松密度
熔點
℃ 強度
MPa
鎢 19. 32 4. 5 174 136 411 0. 28 3410 550
銅 8. 93 16. 6 403 385 145 0. 34 1083 120
　　　中國航天四院和北京鋼鐵研究總院共同承擔的航天用鎢滲銅項目獲國家發明二等獎，陜西中天火箭技術有限責任公司(隸屬于航天四院)利用其特有的熔滲技術開發的高壓開關電工合金鎢銅、鉬銅、銅鎢碳化鎢，國內市場占有率首先，其中鎢銅約占70%。
1軍用耐高溫材料      鎢銅合金在航天航空中用作導彈、火箭發動機的噴管、燃氣舵、空氣舵、鼻錐，主要要求是要求耐高溫(3000K~5000K)、耐高溫氣流沖刷能力，主要利用銅在高溫下揮發形成的發汗制冷作用(銅熔點1083℃)，降低鎢銅表面溫度，保證在高溫極端條件下使用。
表2 高溫鎢銅材料性能
牌號 銅含量 鎢骨架
相對密度 材料密度
g/cm3 相對
密度 抗拉強度MPa 斷裂韌性
MPa m0.5
室溫 800℃
WCu10 8～12% 77～82% 16.5~17.5 ≥97 ≥300 ≥150 15～18
WCu7 6～9% 82～86% 17~18 ≥97 ≥300 ≥150 13～15
2高壓開關用電工合金
　　　鎢銅合金在高壓開關128kV SF6斷路器WCu/CuCr中，以及高壓真空負荷開關(12kV 40.5KV 1000A)，避雷器中得到廣泛應用，高壓真空開關體積小，易于維護，使用范圍廣，能在潮濕、易燃易爆以及腐蝕的環境中使用。主要性能要求是耐電弧燒蝕、抗熔焊、截止電流小、含氣量少、熱電子發射能力低等。除常規宏觀性能要求外，還要求氣孔率，微觀組織性能，故要采取特殊工藝，需真空脫氣、真空熔滲等復雜工藝。
表3  電工合金用鎢銅性能要求
產品名稱 符號 銅 銀 雜質 鎢 密度 電阻 電導 硬度
HB 抗彎
強度
銅鎢50 CuW50 50±2 0.5 余量 11.85 3.2 54 1128  
銅鎢55 CuW55 45±2 0.5 余量 12.30 3.5 49 1226  
銅鎢60 CuW60 40±2 0.5 余量 12.75 3.7 47 1373  
銅鎢65 CuW65 35±2 0.5 余量 13.30 3.9 44 1520  
銅鎢70 CuW70 30±2 0.5 余量 13.80 4.1 42 1716 790
銅鎢75 CuW75 25±2 0.5 余量 14.50 4.5 38 1912 885
銅鎢80 CuW80 20±2 0.5 余量 15.15 5.0 34 2158 980
銅鎢85 CuW85 15±2 0.5 余量 15.90 5.7 30 2354 1080
銅鎢90 CuW90 10±2 0.5 余量 16.75 6.5 27 2550 1160
3電加工電極       電火花加工電極早期采用銅或石墨電極，便宜但不耐燒蝕，現在基本上已被鎢銅電極頂替。鎢銅電極的優點是耐高溫、高溫強度高、耐電弧燒蝕，并且導電導熱性能好，散熱快。應用集中在電火花電極、電阻焊電極和高壓放電管電極。
電加工電極特點是品種規格繁多，批量小而總量多。作為電加工電極的鎢銅材料應具有盡可能高的致密度和組織的均勻性，特別是細長的棒狀、管狀以及異型電極。4微電子材料
　　　鎢銅電子封裝和熱沉材料，既具有鎢的低膨脹特性，又具有銅的高導熱特性，其熱膨脹系數和導熱導電性能可以通過調整鎢銅的成分而加以改變，因而給鎢銅提供了更廣的應用范圍。由于鎢銅材料具有很高的耐熱性和良好的導熱導電性，同時又與硅片、砷化鎵及陶瓷材料相匹配的熱膨脹系數，故在半導體材料中得到廣泛的應用。適用于與大功率器件封裝材料、熱沉材料、散熱元件、陶瓷以及砷化鎵基座等。
表4 用于封裝熱沉的鎢銅材料的主要性能
熱導率
W/(m﹒k) 熱膨脹系數
10-6/K 密度
g/cm3 比熱導率
W/(m﹒k)
WCu 140~210 5.6~8.3 15~17 9~13
WCu10 140~170 5.6~6.5 17.0
WCu15 160~190 6.3~7.3 16.4
WCu20 180~210 7.6~9.1 15.6
MoCu 184~197 7.0~7.1 9.9~10.0 18~20
                                      (高友誼 整理20080215)