钨铜复合材料的现状与发展.pdf

第25卷第3期Vol．25，No．3
2010年6月ChinaTungstenIndustryJun．2010

文章编号：1009－0622(2010)03－0030-05
钨铜复合材料的现状与发展

徐凯

（江西理工大学南昌校区,江西南昌330013）

摘要：高导电导热性铜与高温强度、强抗电弧烧蚀钨的良好结合使钨铜复合材料具有一系列优异性能，广泛应用于
电接触材料、电子封装和热沉材料。简要介绍了当前钨铜复合材料的应用、制备技术和致密化方法，阐述了钨铜复合材
料的研究进展，指出了今后的应用发展前景。
关键词：钨铜复合材料；应用；制备技术；致密化方法
中图分类号：TG146；TF125.2文献标识码：A

钨具有高的熔点、高的密度、低的热膨胀系数和分配、信号传递、芯片密封、环境保护等。对封装材料
高的强度，铜具有很好的导热、导电性，现已广泛应的性能要求主要包括良好的化学稳定性、良好的导
用于电力、电子、机械、冶金等行业。钨铜复合材料自热性能、与芯片材料相匹配的线膨胀系数、较好的机
20世纪30年代问世以来,在很长一段时间内主要用械强度、低廉的价格、便于自动化生产等。传统基片
做各类高压电器开关的电触头。正是由于钨铜复合材料如陶瓷或单一金属材料已难以满足信息技术发
材料高的耐压强度和耐电烧蚀性能，使高压电器开展对材料的要求。研究发展与半导体材料热膨胀性
关的耐压等级和使用功率不断提高,并成为高压电能相匹配的低膨胀高导热的封装及基片材料，已成
器开关中不可缺少的关键材料。到了20世纪60年为信息产业微电子器件发展急需解决的问题。
代，钨铜材料作为电阻焊和电加工的电极和航天技钨铜金属基复合材料具有低的膨胀系数及高的
术中接触高温燃气的高温材料逐步得到应用。但是导热系数，并且膨胀系数及导热系数可以调节控制，
直到20世纪80年代，随着钨铜材料生产工艺的改即可通过组分分配比来改变其TC、CTE等参数，而
进及质量的提高，钨铜复合材料才得到比较广泛和且可以净尺寸成形。基于上述优点，近年来，钨铜复
成熟的应用。20世纪90年代，随着大规模集成电路合材料在大规模集成电路和大功率微波器件中得到
和大功率电子器件的发展，钨铜材料作为升级换代了广泛的应用[4-5]。
的产品开始大规模地用做电子封装和热沉材料。伴1.2高性能电极材料及触头材料
随着钨铜材料每一次新应用的开发,对其质量和性钨铜材料一直作为电触头的首选材料。电极材
能均提出了新的更高要求，同时也促进了钨铜材料料是电火花加工中的关键材料，直接影响其加工稳
新的制备工艺的不断发展[1-3]。定性、加工精度、加工面的光洁度、精细加工能力等
近年来，材料科学工作者对钨铜复合材料的制几乎每一个参数。
备工艺以及新应用等进行了大量的探索研究工作，由于Cu的沸点（2593℃）远远低于W的熔点
以使其适应各种新技术的要求。本文将重点对此予（3387℃），且蒸发热（4770J/g）较高，在电弧的高温
以介绍。作用下，它将通过蒸发带走大量的热量，使W骨架
冷却，从而降低电子发射程度，使触头具有良好的开
1钨铜复合材料的应用
断性能。因此，W-Cu复合材料具有良好的抗腐蚀、
1.1电子封装材料抗熔焊和耐电压特性。适用于电触头，特别是高压及
封装的功能主要包括机械支撑、散热通道、电源超高压开关电器的触头[6-7]。

收稿日期：2010－01－07
作者简介：徐凯（1971-），男，贵州贵阳人，硕士，讲师，主要从事金属压力加工教学与研究。
第3期徐凯：钨铜复合材料的现状与发展31

1.3军工用钨铜复合材料梁容海等人[9]对高钨含量合金的熔渗机理作了
钨铜复合材料作为各种导弹的喉衬、燃气舵和深入探讨，并采用熔渗法制备致密度高的W-Cu合
鼻锥等耐高温部件的应用已获得成功并投入生产[4]，金材料，其导热和导电性良好。熔渗法分为高温烧结
它主要利用钨的耐高温和铜在高温下挥发形成的发钨骨架后渗铜和低温烧结部分混合粉后渗铜两种方
汗冷却作用，从而保证了该材料的部件在极高温度法。高温烧结钨骨架后渗铜是直接将钨粉压制成形，
下的使用。在高温的氢气中烧结形成钨骨架，然后将烧结的钨
钨铜复合材料在军事上的一些新的用途也正在坯在真空或保护气氛中在高于铜的熔点的温度下烧
研究和发展。例如：电磁炮的导轨材料，它利用钨铜结。在烧结的过程中依靠毛细管作用，使熔融的铜渗
材料的耐热性、高导电性和抗电弧、抗摩擦等性能；入钨骨架。此工艺可以制得相对密度大于99.2%的
破甲弹的药罩，它利用钨铜材料高的密度和机械强钨铜材料[10]。
度，从而大大提高破甲弹的破甲威力。总的来说，熔渗烧结时,液相铜仅靠钨骨架孔隙
1.4其他应用的毛细管作用渗入,致密化速度慢，致密化程度低。
根据钨铜复合材料的各项特性，其各种新的可铜凝固相粗大且分布不大均匀