[发明专利]一种具有微观定向结构的铜钨复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种具有微观定向结构的铜钨复合材料及其制备方法。该复合材料由质量分数为30％～97％的钨和铜组成，微观定向结构表现为钨和铜以片层形式沿特定方向相间排列。采用浆料配制、冷冻铸造、真空冷冻干燥、去有机质和烧结以及骨架熔渗的工艺流程制备具有微观定向结构的铜钨复合材料，并且材料中的钨含量可以通过对坯体或骨架沿垂直于片层的方向进行压缩处理加以控制。本发明的复合材料具有各向异性的力学性能和功能特性，特别是在沿片层方向上具有强度高、硬度大、导电和导热性能优良的特点以及优异的耐电弧烧蚀和抗电冲击性能。该复合材料有望用作电触头材料以显著提高其使用效果，延长使用寿命，减轻构件质量并降低能源损耗。

技术领域

本发明涉及铜钨复合材料领域，具体为一种主要用作电触头材料的具有微观定向结构的铜钨复合材料及其制备方法。

背景技术

电触头是负荷开关、断路器、仪器仪表中至关重要的接触元件，主要担负着电路的接通与断开以及负载电流的任务，其性能直接影响到电器仪表的质量及使用寿命。特别是，(特)高压输电等电力系统能够为我国经济社会的发展提供基础和动力，而电触头的综合性能和可靠性直接影响到整个电力系统的正常高效运行，因此对于保障国家的能源安全具有重要意义。电触头的性能主要取决于制备触头所用的材料。电触头材料在接通、负载以及断开等服役过程中所处的环境十分苛刻，受到电弧、热、力、摩擦以及气氛等共同作用，这对于电触头材料的综合性能提出严格的要求。理想的电触头材料至少应该满足以下性能要求：1)物理性能：高熔点以及良好的导电性、导热性和热稳定性；2)力学性能：高的硬度及室温与高温强度，良好的塑性、韧性以及耐磨损性能；3)电接触性能：良好的耐电弧烧蚀、抗熔焊和抗电冲击性能以及较低的接触电阻。

铜钨复合材料是由钨和铜组成的具有双相结构的金属材料，由于钨和铜的熔点相差很大并且互不相溶，所以两种金属相几乎都以单质的形式存在于复合材料中，这使得铜钨复合材料能够综合两种金属相的诸多性能优势，如钨的高熔点和热稳定性、高强度、低的热膨胀系数以及铜良好的导电性和导热性等，从而表现出较高的硬度及室温和高温强度、良好的导电与导热性以及优异的抗电弧烧蚀与抗熔焊等特性，因此作为电触头材料被广泛应用于高压输电等诸多领域。由于钨和铜的物性相差较大，采用传统的粉末冶金工艺制备铜钨复合材料在烧结时容易发生膨胀收缩不匹配等问题，因而难以烧结致密，微观缺陷多，从而影响复合材料的力学和导电导热性能。目前，铜钨复合材料应用最为广泛的制备工艺是熔渗法，即将钨粉体压制成的坯体在一定温度下进行烧结形成具有一定强度的多孔钨骨架，再将熔融的金属铜浸渗入钨骨架中，从而得到致密的铜钨复合材料。