钨的知识

钨铜电子封装材料—高温模锻

发布于 2016年7月07日

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钨铜电子封装材料不但具有高密度、高强度、高熔点以及优良的耐磨耐蚀性，还具有极高的耐热性和导电导热性能，并且具有与芯片和陶瓷相匹配的热膨胀系数和线膨胀系数，在射频、微波、光通信领域等一些大功率电子元器件方面具有广泛的运用前景。但是采用普通的粉末冶金熔渗法制备的钨铜电子封装材料，再渗铜后不可避免地会存在一些孔隙缺陷，电子封装材料的气密性产生不利影响。高温模锻工艺是将传统粉末冶金工艺与高温锻造有机结合起来的一种新型工艺，其是将烧结后的预成型坯加热后，在闭式模腔中进行锻造。它不但能够有效减少产品的切削量，又能够使粉末冶金产品有效致密化，改善其组织，综合性能得到提高。

从微观组织上看，经过高温模锻后的钨铜复合材料没有出现直径较大的铜富集区，铜相分布较为均匀。同时钨颗粒之间结合得更加紧密，产品致密度得到了大幅提升。另外，在经历2次锻造后，钨铜复合材料的微观组织变化并不明显，此时表明了样品内部的变形阻力和锻造压力相当，样品内部不再产生明显的变形和错位。经过高温模锻，钨铜材料内部的孔隙减少，致密度增加，气密性和物理性能得到明显提高。经过超声波扫描分析可以发现未锻造样品内部存在许多微小孔洞，而锻造后几乎不存在白色圆点。另一方面，钨铜材料的加工经过高温模锻后内部不产生裂纹，较大的孔隙也逐渐缩小甚至消失，从而提高钨铜材料的致密度，钨铜的组织均匀性进一步提高。

钨铜电子封装片

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SF6断路器钨铜触头

分类：钨业知识

发布于 2016年7月07日

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SF6断路器是一种以SF6气体作为绝缘介质的断路器。与传统空气断路器相比，其也属于气吹断路器，但是其工作气压较低，在吹弧过程中，气体不排向大气，而是在封闭系统中循环使用。由于SF6气体优良的绝缘和灭弧性能，使得SF6 断路器具有众多优点，如开断能力强；断口电压适于做得较高；允许连续开断次数较多；适用于频繁操作；噪音小；无火灾危险；机电磨损小等，是一种性能优异的"无维修"断路器，在高压电路中应用越来越多。而随着SF6断路器上所施加的电压等级越来越高，对其开断的物理性能以及电学性能要求也随之提高。

一般来说，SF6断路器的设计要求应满足触头硬度＞HRB82，密度＞13g/cm3，电导率≥50%IACS，且经过20次全容量开断试验后，触头表面烧损量应不大于3mm，常规的配比有W-Cu40和W-Cu35两种，其中W的含量不宜过高（≤70%），否则烧损率会偏大。首先在钨粉颗粒尺寸选择上，较细的钨粉烧损程度较小，但是钨粉颗粒太细也会使得铜液难以浸渗，易在基体上形成团粒状缺陷。若添加烧结助剂则会降低电导率，并且在开断后触头表面烧损有增大的趋势。另外，粒度的组成也需要有一个合适的混合比；制备工艺上，混合时添加适量的诱导Cu粉，压制成型时需留有一定的复压量，烧结熔渗时浸渗的液态铜的体积必须等于钨骨架的孔隙体积，烧结后冷却进行触头表面清理；冷复压和热复压时需控制好温度以及保压时间。

钨铜触头

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钨电极工作的表面形貌特征

分类：钨业知识

发布于 2016年7月06日

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观察燃弧5秒后电极的表面形貌特征发现，电极的尖部有许多的凸起，这主要是因为电极尖端在电流和高频作用下，表面残留的氧和钨在热作用下结合生成挥发性的氧化钨，由于燃弧是在氩气气氛下进行的，因此尖端部分形成的氧化钨会被氩气带着，留下较为结晶的钨晶粒组织。但是随着燃弧时间的增加，次尖端部分的钨也开始和残余的氧结合生成氧化钨，氧化钨会被氩气流带到温度更高的尖端部分，发生氧化钨分解过程，生成金属钨，钨的沉积导致了尖端凸起。这种组织容易产生高频放电和等离子体。除了钨和氧反应可生成气态的氧化钨，电极中的低熔点物质稀土硝酸盐等在燃弧过程中会发生扩散、迁移、挥发和沉积，这些都有利于高频起弧和稳定燃弧。

观察经过1分钟燃弧后钨电极的形貌发现，由于燃弧时间较长，电极材料发生了明显的再结晶。之前沉积的钨膜在热作用下沿着钨晶粒生长，只有表面新沉积的钨呈现非晶态的膜状组织。在燃弧一分钟后，钨电极组织呈现表面覆有钨膜的典型等轴状再结晶组织。

燃弧5分钟后电极尖端根部，由于温度较低呈现出加工态的纤维组织。另外，比较燃弧5分钟后电极的尖端形貌和燃弧1分钟后电极的形貌发现尖端形貌变化不大，说明在燃弧1分钟后，电极已经进入比较稳定的状态，可以稳定工作。

钨电极表面形貌

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钨粉用于窄脉冲传感器背衬

分类：钨业知识

发布于 2016年7月06日

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专用窄脉冲传感器由透声楔块、压电晶片、背衬(阻尼块)、吸声材料、外壳、电缆线等构成，其结构如图1所示。

目前，国内外制作窄脉冲探头用的换能器材料，大部分属于振动模式较纯、声阻抗低、介电常数小的材料，如偏铌酸铅(PN)、碘酸钾等。但这些材料不但制造困难，而且灵敏度普遍偏低。综合比较，PZT是制作窄脉冲专用探头的理想材料。PZT是PbTiO，和PbZrO，固溶体为基的组成物，在较大的温度范围内性能比较稳定，作为换能材料，其压电效应非常突出，具有高的机电耦合系数K和压电应变常数dm压电常数g驺也较高，这些特征能有效地提高探头的灵敏度。阻抗值较高，使得背衬材料难以与其匹配是制约该材料进一步应用的瓶颈。近几年来，很多研究机构通过完善制作工艺，在高阻抗背衬制作上已取得长足进展，这更为PZT压电陶瓷材料的广泛应用打下基础。

当电脉冲激励压电元件时，它不但向前方辐射声能，而且还向后方辐射。如果背衬性能不好，从晶片后面背衬反射来的干扰杂波就增加了接收信号的复杂性。此外，如果没有背衬层，压电元件受电激励而振动，当电脉冲停止激励后，由于惯性作用，晶片仍要持续振动一段时间方能停止，致使超声的脉冲宽度加大，分辨力降低，不利于检测。因此，超声波探头中的背衬有两个主要用途：一是吸收晶片背向发射的声波，减少探头固有杂波，提高薄层区探伤的可靠性；二是与晶片匹配，吸收晶片的多余振动能量，使其振动尽快地衰减，从而提高探头的频带宽度。这样，一方面可以减小始脉冲波的宽度，使工件表面的探测盲区减小；另一方面，由于超声脉冲的宽度变窄，这可以提高在波束轴线方向缺陷的分辨率。同时，在奥氏体焊缝超声波探伤时，窄脉冲还可以减小焊缝的组织噪声。

背衬的研制包括选材和制作。为实现背衬的两个作用，选用合适的材料是前提，在现有的各种单相材料中，从声学特性和工艺特性综合考虑，几乎没有一种可以直接用作探头背衬，只能配制复合材料H31。表1是背衬常用材料的声学参数。背衬一般采用各种有机胶(例如环氧树脂)与金属粉按不同比例混合来制作。背衬的主要成分是环氧树脂，其在空气中不能凝固，需要加入固化剂进行固化。金属粉作为填料，向后辐射的声波在金属粉颗粒周围会发生杂乱无章的散射，使部分能量转化成热能耗散。从理论上讲，金属粉比重越大，背衬阻抗越利于匹配。但金属粉比重过大，环氧树脂与固化剂较少又不利于固化，因而二者的配比至关重要。

近年来，国外有研究机构采用离心机甩掉多余环氧树脂法，既把按一定配比混合好的背衬用料放入模具中，然后装进离心机，采用高转数离心分离法把比重大的钨粉与比重轻的环氧树脂逐渐分离，并使背衬块形成一定的密度梯度，有利于声的吸收和衰减，最后得到高声阻抗的背衬。离心分离时，应加一定的温度以降低环氧树脂的粘度，达到容易分离的目的。还有文献介绍真空除气泡法，经过分析导致背衬声阻抗不高的原因之一是在两者的混合过程中存在着大量的不同尺寸的气泡。为此，采用真空抽气法抽出混料中的气体，以提高背衬的密度。

目前，国内外制作探头普遍采用锆钛酸铅晶片(PZT-5)，该晶片的声一电转换效率很高，但是阻抗太大，达30X106kg/(m²·s)。因此与该镜片声阻抗能够达到匹配的背衬很难制作。用得较多的背衬材料是环氧树脂加钨粉的复合材料。刘祖常等人研究认为，窄脉冲探头使用钨粉+环氧树脂复合材料做背衬，具有很强的声吸收能力和提高阻抗的作用，阻抗值达到25X106kg/(m²·s)时，很难再提高。英国无损探伤研究所M.G.Silk教授在其著作中曾经过制作钨粉与环氧树脂背衬的工艺，其声阻抗可达30×106kg/(m²·s)。其选用材料为声速2.3 Km/s-2.7Km/s的环氧树脂，M.G.Silk教授使用的钨粉度是17.8Kg/m³与16.0 Kg/m³两种。常用的钨粉与环氧树脂配比为(质量比)16：1与20：1，相当于体比为43%～53%。显然这种混合料的比重与PZT的声阻抗还差的很远，无气孔的混合料的比重才10.5Kg/m³，加压样品的比重达13.5 Kg/m³，接近理论比重，接近PZT声阻抗的2/3。M.G.Silk教授研究得出，在环氧树脂中的体积比与背衬声阻抗间的关系如图2所示。从图2中可以看出，钨粉的体积比达到65%一70%时，才能与PZT晶片声阻抗30 X106kg/(m²·s)相匹配。

对于PZT晶片的声阻抗达30×106 kg/(m²·s)来说，这要求钨粉在环氧树脂中的体积比i>70%；对应质量比为25：1，只有混料在加温、加压和抽真空等工艺措施下，才有可能达到上述要求。

由于钨粉与环氧树脂的配比达到与PZT声阻抗匹配的困难，国外有学者提出采用钨粉与低熔点的软金属混合制作背衬的想法。例如，钨粉与铝、铜、铅或锡等粉料混合，通过加压与加热使软金属在钨颗粒间流动，最后使两种金属凝结成背衬，即使钨粉含量减少，声阻抗也将提高很多，完全可以达到与PZT的声阻抗相匹配，也可以加入大颗粒介质，增加声散射与衰减的效果。所有的软金属的纵波声速与密度都大于环氧树脂，因此它们与钨粉的混料会提高背衬的声阻抗也就是很自然的了。

不同工艺条件下所形成的复合材料的声阻抗相差很大。因此，复合材料的制造工艺十分重要。

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深冷处理对硬质合金材料的影响

分类：钨业知识

发布于 2016年7月06日

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首先，从微观组织形貌上看，深冷处理工艺并未引起硬质合金WC晶粒度、邻接度以及γ相平均自由程的明显变化。未经深冷处理的硬质合金中只含有极少量的η脆性相，与未经过深冷处理的硬质合金材料相比，深冷处理后由于硬质合金长期暴露在极端温度下而η相增多。还有研究发现深冷处理后，硬质合金中的碳化物分布更为均匀，粘结相Co对硬质相WC的粘结更为牢固，使得硬质合金的总体耐磨性得到提升。从物相结构上看，深冷处理时温度的降低提供了更大的两相自由能差（高温相α-Co(fcc结构)、低温相Σ-Co(hcp结构)），在低温下降低了原子扩散能力使得这种转变以无扩散型相变方式进行。在YW硬质合金刀片的深冷处理研究中发现，未经深冷处理的刀片中既有Σ-Co相也有α-Co相，而深冷处理后的刀片中只含有Σ-Co相。这说明经过深冷处理后，YW中的金属Co发生了较为完全的马氏体转变。总的来说，深冷处理能够促进硬质合金粘结相Co从面心立方向密排六方转变。

由于硬质合金的WC相和Co粘结相二者的热膨胀系数和线膨胀系数相差较大，因而在烧结冷却之后，在硬质合金内部存在很大的热应力。其中WC相所受到的是压应力，Co相受到的是拉应力。通过深冷处理可以使硬质合金两相热应力得到松弛，从而提高硬质合金刀具的强度。另外，在机械性能方面，对硬质合金刀具进行深冷处理后，硬度有着较大的提高（可从HRA90提高至HRA92,、HV1764提高至HV2263.7）。而对YG6X、YG8、YG10C、YT14四个牌号进行深冷处理后，各牌号的合金矫顽磁力得到了明显的提高、比饱和磁化强度明显降低、硬度有所提升、密度基本不变而抗弯强度大幅提升。

硬质合金铣刀

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