我國的鎢銅、鎢銀材料的應(yīng)用

我國的鎢銅、鎢銀材料的應(yīng)用與發(fā)展

      鎢銅復(fù)合材料具有良好導(dǎo)熱、導(dǎo)電性和高溫抗氧化性等優(yōu)良性能及其在電子封裝、集成電路、國防軍工、航空航天等高尖端技術(shù)的應(yīng)用拓展空間的基礎(chǔ)上,介紹了國內(nèi)外鎢銅材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域和制備新工藝的研究發(fā)展現(xiàn)狀.

１５０年代

５０年代,由當時的北京電器科學研究院（后遷為桂林電器科學研究院）和北京天壇粉末冶金廠（后分出為北京電工合金廠）開始研制鎢銅２０（銅鎢８０）材料,作為１０ｋＶ以上的高壓電器開關(guān)的觸頭代替原來的純銅和銅合金觸頭,取得了良好效果,大大改變了開關(guān)電器的使用性能,延長了開關(guān)電器的使用壽命,這是我國具有實際意義的鎢銅材料產(chǎn)業(yè)的開始。同時在５０年代初期,上海燈泡廠也試制成了鎢銀觸頭。

２．２６０年代至７０年代

６０年代到７０年代,我國鎢銅、鎢銀材料產(chǎn)業(yè)得到了很大的發(fā)展,無論鎢銅、鎢銀材料的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用都取得了巨大的進展。

（１）隨著我國高壓開關(guān)電器制造水平和鎢銅材料生產(chǎn)質(zhì)量的提高,鎢銅材料在高壓電器開關(guān)應(yīng)用的電壓等級已由開始的１０ｋＶ逐步發(fā)展提高到１１０ｋＶ甚至更高,開關(guān)的電容量也大大增加,滿足了當時國民經(jīng)濟對于高壓開關(guān)電器的需要。

（２）根據(jù)使用的性質(zhì),在一些低壓開關(guān)電器中開發(fā)應(yīng)用鎢銀材料以代替純銀和銀合金的觸點,既改進了這些開關(guān)的性能,而且由于鎢銀材料中銀含量一般為３０%～５０%（質(zhì)量分數(shù)）,而銀合金觸點材料銀含量為７０%～９０%（質(zhì)量分數(shù)）,因此部分開關(guān)采用鎢銀材料后,取得了明顯節(jié)銀效果。

（３）由于生產(chǎn)和應(yīng)用的發(fā)展,這時,除了北京外,在上海、桂林、長沙、宜昌、天水全國不少地方均有了研究鎢銅、鎢銀材料的有關(guān)單位和生產(chǎn)鎢銅、鎢銀材料的生產(chǎn)企業(yè),逐步形成了較大規(guī)模的鎢銅、鎢銀材料開發(fā)生產(chǎn)體系,使全國形成較為合理的地域分布。據(jù)估計,７０年代末,我國鎢銅、鎢銀材料的年產(chǎn)量約８０～１００ｔ。

（４）在初步完成開關(guān)電器用鎢銅、鎢銀材料系列的開發(fā)和應(yīng)用基礎(chǔ)上,為了規(guī)范材料的技術(shù)條件,７０年代以機械工業(yè)部部頒標準的形式,發(fā)布了我國首先個銅鎢及銀鎢電觸頭技術(shù)條件（ＪＢ１３７３—７４）。

（５）為了配合發(fā)展“兩彈一星”的需要,我們完全依靠自己,獨立自主地研制開發(fā)了用作火箭尾噴管喉襯的軍用鎢銅材料,建立了配套生產(chǎn)的等靜壓機和高溫燒結(jié)爐等一系列工藝設(shè)備。通過地面試驗和實彈發(fā)射,表明我們研制的鎢銅喉襯完全滿足使用要求,其某些性能甚至優(yōu)于國外的鎢銀喉襯,而其成本則大為降低。

２．３８０年代至９０年代

８０年代到９０年代,隨著我國實行以經(jīng)濟建設(shè)為中心和改革開放的政策,我國鎢銅、鎢銀材料的發(fā)展也進入了一個新的階段。

（１）由于經(jīng)濟建設(shè)對于電力工業(yè)發(fā)展的強烈需求,作為電器開關(guān)重要材料的鎢銅、鎢銀觸頭的年需求量進一步增長,到８０年代末,曾達到約１２０～１５０ｔ年產(chǎn)量的較高峰。但是,到了９０年代,由于幾萬臺１０ｋＶ及１０ｋＶ上下電壓等級的開關(guān)電器為新型的真空斷路器所取代,而這類真空斷路器采用大多是非鎢銅電極,從而使鎢銅觸頭材料的用量有大大減少。

（２）在高壓和超高壓開關(guān)電器上,為適應(yīng)我國疆域大、輸電線路長,要求發(fā)展更高電壓等級的開關(guān)電器,國內(nèi)各高壓開關(guān)廠紛紛從國外引進了優(yōu)秀的２２０～５００ｋＶ電壓等級的ＳＦ６高壓開關(guān)制造技術(shù)。為了滿足這些開關(guān)配套電觸頭的需要,提出了按國外技術(shù)標準要求生產(chǎn)鎢銅觸頭和多規(guī)格、多品種和復(fù)雜形狀產(chǎn)品等新的要求。

（３）為了改進鎢銅觸頭和銅或銅合金導(dǎo)體連接的質(zhì)量和可靠性,防止高壓開關(guān)在閉合或開啟操作時觸頭脫落造成事故,確保安全用電。因此,高壓開關(guān)廠均要求鎢銅生產(chǎn)企業(yè)直接制成鎢銅材料與銅或銅合金相結(jié)合的整體觸頭。為此,也就發(fā)展了熔鑄法、特種釬焊法、摩擦焊、電子束焊等各種連接和焊接制取鎢銅與銅或銅合金結(jié)合的整體觸頭的方法。

（４）隨著一些低壓開關(guān)電器制造技術(shù)的引進和電氣化機車中鎢銀觸頭的應(yīng)用,我國鎢銀觸頭材料的質(zhì)量和用量都得到了較大提高,使鎢銀材料在整個鎢銅、鎢銀生產(chǎn)中的比例由過去的約１∶６提高到約１∶４。同時,除了一般的鎢銀生產(chǎn)系列外,還發(fā)展了銀碳化鎢等系列觸頭材料。

（５）根據(jù)我國鎢銅、鎢銀觸頭材料的發(fā)展,使這些材料不僅滿足國內(nèi)開關(guān)電器的配套需要,而且能與國際同類材料接軌。８０年代末期,參照國外同類材料的有關(guān)技術(shù)標準對原有的“銅鎢、銀鎢觸頭材料”部頒標準進行了修改,制定頒布了新的“高低壓電器用銅鎢、銀鎢電觸頭材料的技術(shù)條件”國家標準,其中許多技術(shù)性能比過去有較大提高,而且包括了對整體觸頭技術(shù)性能的要求。

（６）８０年代以后,隨著我國新型電火花加工機床的引進和模具加工水平要求的提高,國外早已普遍采用作為電火花加工電極的鎢銅材料開始在國內(nèi)得到推廣使用。但是,這對鎢銅材料的生產(chǎn)也提出了特殊的要求,在質(zhì)量上要求高的材質(zhì)均勻性和高的致密性,而在材料規(guī)格上則多高長細比的棒材和復(fù)雜形狀的型材等。

（７）隨著國內(nèi)經(jīng)濟體制的改革搞活,８０年代后,各行各業(yè)以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)涉足生產(chǎn)鎢銅、鎢銀材料現(xiàn)象大量興起。這雖給這一行業(yè)帶來生氣和活力,但在開始也帶來一些混亂,主要是在一段時間內(nèi)造成某些開關(guān)電器質(zhì)量的明顯下降,嚴重沖擊了某些原有的鎢銅、鎢銀生產(chǎn)企業(yè)。隨著市場的逐步規(guī)范,這些企業(yè)的一部分通過改進產(chǎn)品質(zhì)量,提高產(chǎn)品檔次而獲得市場承認,而大多數(shù)則被淘汰或改為生產(chǎn)其他產(chǎn)品。

（８）８０年代后,鎢銅材料在我國航天飛行器上的研究和應(yīng)用也有了進一步的發(fā)展。一方面為了火箭、導(dǎo)彈等的改進改型進一步提高鎢銅噴管喉襯的性能和擴大需用的品種;另一方面又進而應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈等飛行器的燃氣舵、鼻錐、配重和其他高溫部件。為了保證提供高質(zhì)量的產(chǎn)品和使用部件的高可靠性,深入進行了這些鎢銅材料抗燒蝕、抗熱震以及斷裂韌性等研究,建立了相應(yīng)的無損檢測和評價手段。這些工作為我國航天事業(yè)在國際上具有一定地位作出了相應(yīng)的貢獻。

（９）８０年代至９０年代,真空開關(guān)中真空斷路器的興起,對于１０～３５ｋＶ電壓等級開關(guān)電器中鎢銅觸頭用量造成了明顯的下降。但是,９０年代后期,我國１０ｋＶ電壓等級真空負荷開關(guān)的引進和發(fā)展,又給鎢銅材料帶來了新的希望。當然,真空用鎢銅材料與常規(guī)材料相比,要求特殊的真空性能,即極低的氣體含量和放氣性,這就必需采取真空工藝生產(chǎn)。除了鎢銅材料用于真空復(fù)合開關(guān)外,還有真空接觸器用的碳化鎢銅、鎢銅鋁碲等類鎢銅系列材料。３２１世紀初我國鎢銅、鎢銀材料的發(fā)展展望

２０世紀行將結(jié)束,我國的鎢銅、鎢銀材料產(chǎn)業(yè)將如何面對即將來臨的２１世紀呢？特別是到２０１０年這１０年應(yīng)該進行那些工作呢？我個人認為,除了繼續(xù)不斷提高目前生產(chǎn)鎢銅、鎢銀材料的質(zhì)量和水平,擴大鎢銅、鎢銀材料在其他各個領(lǐng)域的應(yīng)用外,可以著重注意以下幾點:

（１）我國地域廣大,但能源主要集中于西部,而能源大量消耗的地區(qū)則是經(jīng)濟發(fā)達的東部,為了解決長距離輸電的經(jīng)濟問題,需要開發(fā)制造８００～１０００ｋＶ超高壓的開關(guān)電器。目前,這種高壓開關(guān)電器國外也僅極少數(shù)幾個國家能夠制造。為此,鎢銅觸頭材料必需能夠緊跟和滿足這一發(fā)展的需要。

（２）目前,我國已將城鄉(xiāng)電網(wǎng)的建設(shè)和改造列為基礎(chǔ)建設(shè)的重要部分,其中所應(yīng)用的主要開關(guān)電器將是１０～３５ｋＶ電壓等級的各種真空開關(guān),需要面廣量大。因此,如何進一步開發(fā)新的真空用鎢銅、鎢銀系列電極材料,大力推廣其在真空開關(guān)中的應(yīng)用是一個迫切需要解決的任務(wù),也是這些材料升級換代的一種體現(xiàn)。

（３）鎢銅、鎢銀材料在微波器件以及電子器件中作為大功率、高溫、高效的散熱和熱沉材料,已經(jīng)愈來愈受到國外有關(guān)人員的重視,而且開始得到應(yīng)用。這也意味著鎢銅、鎢銀材料在高技術(shù)和信息工程中應(yīng)用的良好前景。這一動向應(yīng)該引起我們的注意,并應(yīng)立即開展有關(guān)的研究開發(fā)工作。

（４）在軍工方面,鎢銅材料除了繼續(xù)開展在航天飛行器上的應(yīng)用外,在其他方面還有應(yīng)用的潛能,如坦克破甲彈的藥罩、增程炮的尾噴口、電磁炮軌道材料等。當然,這些工作關(guān)鍵在于要有確切的任務(wù)和與軍工有關(guān)單位的密切合作。

（５）為了完成以上各項有關(guān)的發(fā)展任務(wù),必須進行相應(yīng)的基礎(chǔ)開發(fā)研究和新工藝研究工作,如銅鎢、鎢銀系中添加稀土、其他元素和金屬間化合物的研究,納米級鎢銅、鎢銀材料的研究,鎢銅、鎢銀梯度材料的研究以及機械合金化、超細粉末、共還原粉末、注塑成型、溫壓、熱等靜壓等工藝的研究等等。