Медь-вольфрам
Медь-вольфрам ( вольфрам-медь , CuW или WCu ) представляет собой смесь меди и вольфрама . Поскольку медь и вольфрам не растворимы друг в друге, материал состоит из отдельных частиц одного металла, диспергированных в матрице другого. представляет Таким образом , микроструктура собой скорее композит с металлической матрицей, а не настоящий сплав.
Материал сочетает в себе свойства обоих металлов, в результате чего получается материал, который является термостойким, устойчивым к абляции , обладает высокой тепло- и электропроводностью и легко поддается механической обработке .
Детали изготавливаются из композита CuW путем прессования частиц вольфрама до желаемой формы, спекания уплотненной детали и последующей пропитки расплавленной медью. Также доступны листы, стержни и стержни из композитной смеси.
Обычно используемые медно-вольфрамовые смеси содержат 10–50 мас.% меди, остальная часть состоит в основном из вольфрама. Типичные свойства зависят от его состава. Смесь с меньшим содержанием меди имеет более высокую плотность, более высокую твердость и более высокое удельное сопротивление. Типичная плотность CuW90 с 10% меди составляет 16,75 г/см. 3 и 11,85 г/см 3 для CuW50. CuW90 имеет более высокую твердость и удельное сопротивление 260 HB кгс/мм. 2 и 6,5 мкОм·см, чем CuW50.
Типичные свойства обычно используемых медно-вольфрамовых композиций [1]
| Состав | Плотность | Твердость | Удельное сопротивление | МАКО | Прочность на изгиб |
|---|---|---|---|---|---|
| вес. % | г/см 3 ≥ | НВ кгс/мм 2 ≥ | мОм.см≤ | %≥ | Mpa≥ |
| W50/Cu50 | 11.85 | 115 | 3.2 | 54 | – |
| W55/Cu45 | 12.30 | 125 | 3.5 | 49 | – |
| W60/Cu40 | 12.75 | 140 | 3.7 | 47 | – |
| W65/Cu35 | 13.30 | 155 | 3.9 | 44 | – |
| W70/Cu30 | 13.80 | 175 | 4.1 | 42 | 790 |
| W75/Cu25 | 14.50 | 195 | 4.5 | 38 | 885 |
| W80/Cu20 | 15.15 | 220 | 5.0 | 34 | 980 |
| W85/Cu15 | 15.90 | 240 | 5.7 | 30 | 1080 |
| W90/Cu10 | 16.75 | 260 | 6.5 | 27 | 1160 |
Приложения
[ редактировать ]Композиты CuW используются там, где необходимо сочетание высокой термостойкости, высокой электро- и теплопроводности и низкого теплового расширения. Некоторые из применений находятся в контактной сварке , в качестве электрических контактов и радиаторов . В качестве контактного материала композит устойчив к эрозии электрической дугой. Сплавы WCu также используются в электродах для электроэрозионной обработки. [2] и электрохимическая обработка . [3]
Композит CuW75, содержащий 75% вольфрама, широко используется в держателях микросхем , подложках, фланцах и каркасах силовых полупроводниковых приборов . Высокая теплопроводность меди в сочетании с низким тепловым расширением вольфрама обеспечивает тепловое расширение, соответствующее кремнию , арсениду галлия и некоторым керамикам . Другими материалами для этих целей являются медно-молибденовый сплав, AlSiC и Dymalloy .
Композиты с 70–90% вольфрама используются в гильзах некоторых специальных кумулятивных зарядов . Проникновение увеличивается в 1,3 раза по сравнению с медью для однородной стальной мишени, поскольку увеличиваются как плотность, так и время разрушения. [4] Кумулятивные вкладыши на основе вольфрамового порошка особенно подходят для заканчивания нефтяных скважин . Вместо меди в качестве связующего можно использовать и другие пластичные металлы. Графит можно добавлять в качестве смазки в порошок. [5]
CuW также можно использовать в качестве контактного материала в вакууме. Когда контакт очень мелкозернистый (VFG), электропроводность намного выше, чем у обычного куска меди и вольфрама. [6] Медь-вольфрам является хорошим выбором для вакуумного контакта из-за его низкой стоимости, устойчивости к дуговой эрозии, хорошей проводимости, устойчивости к механическому износу и контактной сварке. CuW обычно является контактом для вакуумных, масляных и газовых систем. Это плохой контакт с воздухом, поскольку поверхность при воздействии окисляется. CuW с меньшей вероятностью будет подвергаться эрозии на воздухе, если концентрация меди в материале выше. CuW в воздухе используется в качестве наконечника дуги, пластины дуги и направляющей дуги. [7]
Медно-вольфрамовые материалы часто используются для дугогасительных контактов в на основе гексафторида серы (SF 6 автоматических выключателях ) среднего и высокого напряжения в средах, температура которых может достигать более 20 000 К. Устойчивость медно-вольфрамового материала к дуговой эрозии можно повысить путем изменения размера зерна и химического состава. [6]
Для процесса искровой эрозии (EDM) требуется медь-вольфрам. Обычно этот процесс используется с графитом, но поскольку вольфрам имеет высокую температуру плавления (3420 ° C), это позволяет электродам CuW иметь более длительный срок службы, чем графитовые электроды. Это имеет решающее значение, когда электроды подвергались сложной механической обработке. Поскольку электроды подвержены износу, они обеспечивают большую геометрическую точность, чем другие электроды. Эти свойства также позволяют изготавливать стержни и трубки для электроэрозионной сварки меньшего диаметра и большей длины, поскольку материал с меньшей вероятностью скалывается и деформируется. [8]
Характеристики
[ редактировать ]| Вольфрам мас.% | 55 | 68 | 70 | 75 | 78 | 80 | 85 | 90 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| УТС (МПа) | 434 | 517 | 586 | 620 | 648 | 662 | 517 | 483 |
| Теплопроводность (Вт/(см К)) | 2.4 | 2.1 | 2.01 | 1.89 | 1.84 | 1.82 | 1.75 | 1.47 |
| Электросопротивление при 20 °C | 3.16 | 3.33 | 3.41 | 3.51 | 3.71 | 3.9 | 4.71 | 6.1 |
| Удельная теплоемкость при 100C [9] | 195 | 174 | 160 |
Электрические и термические свойства композитов изменяются в разных пропорциях. Увеличение содержания меди увеличивает теплопроводность, что играет огромную роль при использовании в автоматических выключателях. Удельное электросопротивление увеличивается с увеличением процентного содержания вольфрама в композите и варьируется от 3,16 при 55% вольфрама до 6,1, когда композит содержит 90% вольфрама. Увеличение вольфрама приводит к увеличению предела прочности до тех пор, пока сплав не достигнет 80 % вольфрама и 20 % меди с пределом прочности 663 МПа. После этой смеси меди и вольфрама предел прочности при растяжении начинает довольно быстро снижаться. [10]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Свойства медного вольфрама» .
- ^ «Дом – Справочник Кредо» .
- ^ «Медно-вольфрамовый сплав» . chinatungsten.com . Проверено 29 марта 2019 г.
- ^ Ти-Фу, Ван; Хэ-Ронг, Чжу (1996). «Медно-вольфрамовый фасонный вкладыш заряда и его струя». Пороха, взрывчатые вещества, пиротехника . 21 (4): 193–195. дои : 10.1002/prep.19960210406 .
- ^ «Вольфрамовая усиленная гильза для кумулятивного заряда» .
- ^ Перейти обратно: а б «Вольфрам-медь для элегазовых выключателей » . plansee.com . Проверено 29 марта 2019 г.
- ^ «Серебряные контакты: электрические контакты CMW» . Архивировано из оригинала 12 декабря 2013 года . Проверено 6 декабря 2013 г.
- ^ «Искровоэрозионные электроды» . plansee.com . Проверено 29 марта 2019 г.
- ^ «Вольфрам-медные радиаторы WCu CuW» . torreyhillstech.com . Проверено 21 марта 2022 г.
- ^ «Поставщик медно-вольфрамовой продукции — пруток — пластина — лист — проволока | Eagle Alloys Corporation» .