鎢銅FGM原理及特點是主要通過連續控制材料的微觀要素，使介面的成分和組織呈連續性變化。其主要特徵包括：材料的組分和結構呈連續性梯度變化；
材料內部沒有明顯的介面；
材料的性質也呈連續性梯度變化。

鎢銅複合材料硬度最經常使用的是布氏硬度（HB）或洛氏硬度（HR）。隨著AlN添加量以及硬度測量值繪製變化曲線，我們不難得到鎢銅複合材料的硬度隨著納米AlN顆粒的添加量的增加而提高，這也說明了AlN顆粒的加入雖然減小了W-W之間的連接，但是其起到了細晶強化和彌散強化的作用，尤其對基體銅有著更好的強化作用。而當添加量超過1%時，硬度的升高趨勢變緩，這是因為鎢銅複合材料的緻密度下降，而導致基體中的孔隙增加。

在抗彎強度方面，當納米AlN添加量≤1%時，鎢銅複合材料的抗彎強度變化並不大，略有降低；而當其添加量＞1%時，強度值發生大幅度下降。其主要是由於一方面緻密度發生降低，另一方面是隨著AlN納米顆粒的含量增加，基體晶界上的增強相顆粒分佈過多，大大降低了燒結過程中基體W之間的結合率，使得顆粒間的結合強度降低，抗彎強度也隨之降低。

從W-Cu/AlN的斷口形貌圖上看，其燒結體緻密度較高，內部沒有明顯的孔隙存在；從添加AlN的複合材料斷口可以看出，其中的顆粒大小非常均勻，顆粒尺寸明顯小於鎢銅複合材料，這也與燒結體表面形貌分析不謀而合；另外，還能夠確定的是添加AlN後的鎢銅複合材料斷裂面更為平整，這也進一步證實了AlN的加入一方面細化了組織晶粒，另一方面也導致了鎢銅複合材料的韌性下降。

此外，由於鎢銅複合材料常被用於電加工、電接觸等領域，其導電和導熱性能是鎢銅複合材料最重要的兩大性能。傳導電流的能力就被稱為導電性。各種配比的鎢銅導電性各不相同，其中銅含量高其導電性也比較高，反之則導電性比較低。通常用電導率σ來表示它們的導電能力。熱導率又稱導熱係數，是鎢銅複合材料導熱能力的量度。其指的是當溫度垂直向下梯度為1℃/m時，單位時間內通過單位水準截面積所傳遞的熱量，一般採用λ或K表示。對於導熱性能來說，納米AlN顆粒的添加並不會降低鎢銅複合材料的熱導率，相反還會有所升高。這是由於在低添加量時，材料的緻密度保持在較高水準，而AlN在納米級時具有較高的熱導率。因而鎢銅複合材料中添加納米AlN顆粒，在保證緻密度的前提下，對提高鎢銅複合材料的熱導率有一定的促進作用。而與之相反，隨著AlN添加量的增加，鎢銅複合材料的電阻率升高，電導率發生下降。這是由於AlN的電導率低於基體中的鎢和銅，其含量的增多必然導致電阻率的升高，即電導率的下降。另外，隨著AlN的含量增加，材料的緻密度降低，尤其是在添加量≥2%時，緻密度下降尤為明顯。

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XRD（X-ray Diffraction）X射線衍射，其通過對材料進行X射線衍射，分析其衍射圖譜，獲得材料的成分、材料內部原子或分子的結構或形態等資訊的研究手段。X射線是一種波長很短(約為20～0.06埃)的電磁波，能穿透一定厚度的物質，並能使螢光物質發光、照相乳膠感光、氣體電離。在用電子束轟擊金屬“靶”產生的X射線中,包含與靶中各種元素對應的具有特定波長的X射線，稱為特徵（或標識）X射線。而通過對比熱壓燒結W-Cu和W-Cu/AlN燒結體得到的XRD圖譜，可以看出熱壓燒結後W、Cu衍射峰強度明顯升高、寬度變窄，這就說明了在燒結過程中W和Cu都發生了晶粒長大現象。在相同條件下燒結後，添加了納米AlN顆粒的燒結體中W、Cu的衍射峰強度，低於未添加AlN顆粒的燒結體，其原因是納米AlN顆粒在燒結過程中有效地抑制了W和Cu晶粒的長大。因此，納米AlN的添加進一步保證了W-Cu複合材料的納米結構特徵，有效地降低了燒結後複合材料的晶粒尺寸。

通過對比不同添加量的AlN的燒結體的表面背散射電子形貌圖，可以看出熱壓燒結後W-Cu和W-Cu/AlN複合材料都有較為緻密和均勻的顯微組織結構。其中，熱壓燒結的鎢銅材料表面存在少量的大顆粒，這是由於W-W連接長大造成的。而隨著AlN添加量的不斷增加，其大大降低了W-W之間的接觸幾率，進而促使燒結後顆粒不斷得到細化。但是，當納米AlN添加量到達一定程度時，複合材料中出現了較多的銅池和孔隙，其主要原因是AlN顆粒在高溫時與銅之間的潤濕性較差，其添加量的增加阻礙了銅的液相流動，進而造成燒結體中的成分偏析和緻密度的降低。另外，由於含量增加後團聚和燒結後晶粒長大的原因，AlN的顆粒尺寸也較大。AlN顆粒全部散於Cu相之中，這是因為AlN顆粒的添加方式為短時間球磨混粉，使其並未與基體中的W或Cu固體產生介面反映，並且AlN在高溫下具有較好的穩定性，因此熱壓燒結後仍然較好的保持顆粒本身的性質。

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等離子體活化燒結（Plasma Activated Sintering，簡稱PAS）是利用開關直流脈衝電壓在粉末顆粒間或空隙內產生瞬間的高溫等離子體。而等離子體是一種高溫、高活性離子化的電導氣體，能產生4000-10000K的高溫。也正因為其這樣的特性，等離子體能迅速消除粉末顆粒表面所吸附的雜質和氣體，促使物質產生高速度的擴散和遷移，從而有效地降低燒結溫度，加快燒結的整體過程，極大地提高了燒結的效率。與自蔓延高溫合成和微波燒結相似，它也是利用粉末內部產生的熱量而實現快速燒結的工藝。

硬質合金噴嘴等離子體活化燒結工藝技術總的概括起來有四個主要階段
1.對粉末施加單軸向的壓力；
2.通脈衝電流放電產生等離子體對粉末顆粒進行活化作用；
3.用直流電對樣品進行電阻加熱至所需溫度並保持一段時間；
4.最後消除應力的階段。

而其中的第三階段就是放電等離子體燒結與等離子體活化燒結工藝最大的不同之處，SPS工藝主要依靠脈衝電流進行加熱，在整個燒結的過程中並沒有使用到直流電作為熱源。與常見的熱壓燒結法、無壓常規燒結法、熱等靜壓燒結法相比，硬質合金噴嘴等離子體活化燒結具有許多優勢。其中較為突出的就是它採用直流電直接對粉末材料和石墨模具進行加熱，而且採用開關直流脈衝電壓使顆粒之間或空隙內產生高溫活化等離子體。這樣一來操作更為方便並且在燒結過程中可更為精確地控制燒結能，在材料內部進行均勻加熱，提高了熱傳導效率，提高了材料的緻密性。此外，PAS法可提供的工作壓力範圍和燒結溫度可控範圍更廣，能有效抑制晶粒的長大，保持原始顆粒的微觀結構，目前在梯度功能材料、金屬間化合物、微晶材料、超導材料、纖維強化材料等用常規燒結法較難製備的材料中得到了較為廣泛的運用。

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鎢絲常用於白熾燈燈絲，因其具有良好的高溫使用性能、室溫使用性能和絲徑一致性等特點。

高溫使用性能
鎢具有良好的高溫性能，鎢絲的工作溫度在2300~2800℃之間。早期，鎢絲燈泡壽命較短，其主要是應為鎢燈絲的工作溫度超過了其再結晶溫度，導致燈絲出現了下垂現象，導致燈泡失效。為了解決該問題，在鎢的粉末冶金過程中摻雜了少量的矽、鉀、鋁等氧化物，其含量不超過1%，制得新型高溫摻雜鎢絲。這種新型的高溫鎢絲可以改善純鎢絲下垂現象，其原因主要是摻雜鎢絲的再結晶溫度較高，且其晶體結構呈長條狀互相搭結的粗大晶粒，能夠大大提高其高溫抗下垂的能力。

鎢銅FGM噴射沉積技術，也叫噴射成形技術，是近30年來發展起來的一種利用快速凝固技術直接製備金屬材料坯料或半成品的先進成型技術。主要由熔融金屬的氣體霧化、霧化熔滴的沉積等連續過程組成。鎢銅FGM噴射沉積技術主要包括以下幾個步驟：
噴射軋製：噴射沉積形成連續的帶材產品，隨後進行熱軋或冷軋；
噴射鍛造：目的在於生產供熱鍛用的噴射鑄造預型坯，或者在噴射鑄造中空坯後擠壓；
離心噴射沉積：熔融金屬被離心霧化，沉積在冷襯底上,由襯底上可取下形成的大管子；
噴射塗層：塗層結合在襯底上，同時噴射噴丸，可制得全緻密熱加工的無應力沉積物。鎢銅FGM噴射沉積技術的最主要優勢在於能夠製造大型薄壁零件和獲得連續帶材，可得到細晶粒和性能優異的材質，節約能源,降低成本。

噴射沉積的基本原理是：熔融金屬經導流管流出，被霧化噴嘴出口的高速氣流破碎，霧化為細小彌散的熔滴射流；霧化熔滴射流在高速氣流動量作用下加速，並與氣流進行強烈的熱交換；到達沉積表面以前，小於某一臨界尺寸的熔滴凝固成為固體顆粒，較大尺寸的仍然為液態，而中間尺寸的熔滴則為含有一定比例液相的半凝固顆粒；這些大大小小凝固程度不同的熔滴高速撞擊沉積表面，並在沉積表面附著、鋪展、堆積、熔合形成一個薄的半液態層後順序凝固結晶，逐步沉積生長成為一個大塊緻密的金屬實體沉積坯。總的來說，噴射沉積技術實際上是通過兩個過程完成的。第一步是採用噴射技術將合金液霧化成細小的液滴。這些液滴在飛行過程中散熱，獲得一定的過冷度，甚至發生部分凝固。在完成凝固之前在基板上沉積並進一步冷卻、凝固，完成第二個過程，即快速凝固過程。

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鎢銅FGM粉漿澆注法是將原料粉末均勻混合成漿料，注入模型內乾燥後進行連續控制漿料配比，從而形成成分連續變化的工藝。其屬於無壓成型工藝中的一種，最早起源於陶瓷工業中，直到上世紀40年代才開始在鎢、鉬、硬質合金和金屬陶瓷等硬脆粉末的成形中應用。1956年用來成形不銹鋼件。現在已用於製造纖維增強高溫合金如鎢合金纖維增強鎳基高溫合金，噴氣發動機部件如渦輪葉片和燃氣室零件等。

鎢銅FGM粉漿澆注工藝包括製備粉漿和模具、澆注、注件乾燥3個階段。粉漿由金屬粉末或纖維與母液構成。對粉漿的要求是具有一定的濃度(粉末重量占40%～70%)；粉末與母液潤濕良好，顆粒表面不粘附氣體；粉漿均勻懸浮不沉降等。用於粉漿澆注的原料粉末以細粉為宜，粒度常為5～10tim。母液是各種添加劑與水的混合液。添加劑有多種成分，包括粘結劑、分散劑、懸浮劑(穩定劑)、除氣劑和滴定劑等。它們各有其作用。粘結劑可粘結粉末，提高注件強度，常用藻肮酸鈉、聚乙烯醇。分散劑和懸浮劑可防止顆粒聚集，改善粉末與母液的潤濕，形成穩定的懸浮液。

影響鎢銅FGM粉漿澆注的因素有金屬粉末特性如粒度、形狀、粉漿特性（固液比、pH值、添加劑等）、熱處理特性（注件在模內和出模後的乾燥速度以及模具的孔隙度等）。為了得到不同類型的注件，粉漿澆注有實心澆注和空心澆注兩種工藝。前者採用儲存器或其他方法補充料漿，以使模具中完全充滿料漿而得到實心注件；後者是控制粉漿的靜置時間，當模壁上形成的粉層厚度適當時，將多餘粉漿倒出而得到空心注件。

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鎢銅材料自蔓延高溫合成法（self-propagation high-temperature synthesis，簡稱SHS），又被稱為燃燒合成（combustion synthesis），其是利用反應物之間高的化學反應熱的自加熱和自傳導作用來合成材料的一種技術。當反應物一旦被引燃，便會自動向尚未反應的區域傳播，直至反應完全，是製備無機化合物高溫材料以及功能梯度材料（FGM）的一種新型工藝方法。

燃燒引發的反應或燃燒波的蔓延速度很快（0.1～20.0cm/s，最高可達25.0cm/s），燃燒波的溫度或反應溫度（通常都在2100～3500K以上，最高可達5000K）。SHS以自蔓延方式實現粉末間的反應，與製備材料的傳統工藝比較，工序減少，流程縮短，工藝簡單，一經引燃啟動過程後就不需要對其進一步提供任何能量。由於燃燒波通過試樣時產生的高溫，可將易揮發雜質排除，使產品純度高。同時燃燒過程中有較大的熱梯度和較快的冷凝速度，有可能形成複雜相，易於從一些原料直接轉變為另一種產品。並且可能實現過程的機械化和自動化。另外還可能用一種較便宜的原料生產另一種高附加值的產品，成本低，經濟效益好。

鎢銅SHS燒結可採用以下3種方式進行：
1.直接在空氣中燃燒合成；
2.將經過預先熱處理的鎢銅混合粉末放在真空反應器內進行合成；
3.在充有反應氣體的高壓反應容器內進行合成。
此外，為了進一步提高鎢銅材料的緻密度，發展了多種自蔓延高溫合成材料的合成與緻密化同時進行的一體化技術，如SHS緻密化技術以及SHS焊接技術。

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鎢銅材料電弧熔煉法是用粉末冶金法所制取的合金作為可熔電極，在真空或惰性氣氛中進行自耗熔化，經快速凝固—時效—固溶處理得到細晶、緻密化程度高、密度偏析小和具有優良抗蝕性的鎢銅合金材料。真空電弧爐由爐體、電源、真空系統、電控系統、光學系統和水冷系統組成。爐體部分由爐殼、電極、結晶器及電極升降裝置構成。工作時，在電極(負極)和水冷銅結晶器(正極)形成的兩極之間，建立低電壓(20～40V)大電流(若干kA)，產生電弧放電，靠電弧釋放出的熱量來熔化金屬。電爐一般是直流供電，一根電極。按照熔煉過程中電極是否消耗(熔化)，分成非自耗電極電弧爐熔煉和自耗電極電弧爐熔煉兩種。

按照其加熱方式的不同，電弧熔煉法還可細分為：
1.直接加熱式：電弧產生在電極棒和被熔煉的爐料之間，爐料受電弧直接加熱，電弧是熔煉得以進行的唯一熱量來源，它還能細分為：
a.非真空直接加熱式三相電弧熔煉法：多見於煉鋼工藝中，電弧爐內可以通過造渣將爐內氣氛控制到呈弱氧化性甚至還原性。電弧爐內合金成分燒損較少，加熱過程比較容易調節。因此，儘管電弧熔煉需要消耗大量的電能，但工業上仍然用這種方法來熔煉各種高級合金鋼；
b.直接加熱式真空電弧爐熔煉法：它主要用來熔煉鈦、鋯、鎢、鉬、鉭、鈮等活潑和高熔點金屬以及它們的合金，也用來熔煉耐熱鋼、不銹鋼、工具鋼、軸承鋼等合金鋼。經直接加熱式真空自耗電弧爐熔煉出來的金屬，其氣體和易揮發雜質含量下降，鑄錠一般不會出現中心疏鬆，錠子結晶較均勻，金屬性能得到改善。
2.間接加熱式：電弧產生在兩根石墨電極之間，爐料被電弧間接加熱。這種熔煉方法主要用來熔煉銅和銅合金。間接加熱式電弧熔煉由於雜訊大、熔煉金屬品質較差，正逐漸被其他熔煉方法所取代。

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鎢銅材料纖維增強法，又被稱為纖維強化法，其是採用具有一定方向性的纖維替代難容金屬粉末顆粒（鎢粉），與銅粉相互交替重疊或將短鎢單絲纖維和銅粉混合冷壓，燒結後所製備的纖維強化金屬基複合材料不僅具有良好的橫向力學性能，導電導熱性能也十分優越且有較高的耐腐蝕性。以下是鎢銅纖維材料的主要幾種強化途徑：

1.結晶強化：控制結晶條件，在凝固結晶後獲得良好的宏觀組織和顯微組織，從而提高鎢銅材料性能，它還能細分為：
a.細化晶粒：細化晶粒可以使金屬組織中包含較多的晶界，由於晶界具有阻礙滑移變形作用，在改善韌性的同時強化了鎢銅材料，其他強化機制較難達到；
b.提純強化：在澆注過程中，把液態銅充分地提純，儘量減少夾雜物，能顯著提高鎢銅材料的性能。採用真空冶煉等方法，可以獲得高純度的金屬材料。

2.形變強化：經冷加工塑性變形，位錯運動的阻力增加可提高強度；

3.固溶強化：通過合金化(加入合金元素)組成固溶體，使鎢銅材料得到強化；

4.相變強化：通過熱處理手段發生固態相變，獲得需要的組織結構，其還可分為：
a.沉澱強化（彌散強化）：在金屬材料中能形成穩定化合物的合金元素，在一定條件下，使之生成的第二相化合物從固溶體中沉澱析出，彌散地分佈在組織中，從而有效地提高材料的強度，通常析出的合金化合物是碳化物相；
b.馬氏體強化：金屬材料經過淬火和隨後回火的熱處理工藝後，可獲得馬氏體組織，使材料強化。但是，馬氏體強化只能適用於在不太高的溫度下工作的元件，工作於高溫條件下的元件不能採用這種強化方法。
5.晶界強化：晶界部位的自由能較高，而且存在著大量的缺陷和空穴，在低溫時，晶界阻礙了位錯的運動，因而晶界強度高於晶粒本身；但在高溫時，沿晶界的擴散速度比晶內擴散速度大得多，晶界強度顯著降低。因此強化晶界對提高鋼的熱強性是很有效的。

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