顆粒尺寸對鎢銅合金組織性能及電弧燒蝕特性的影響.pdf

1、鎢銅合金因其良好的導電、導熱、耐電弧侵蝕性及抗熔焊性被廣泛應用于觸頭材料、電極材料、航空航天用耐燒蝕材料。眾所周知，粗晶材料有較好的高溫性能，但細晶的鎢銅合金具有分散電弧、耐電弧燒蝕性。針對不同應用場合的鎢銅合金，本文釆用不同粒度的鎢粉并結合熔滲工藝制備出不同顆粒（晶粒）尺寸的CuW70合金。運用SEM、高溫蠕變實驗、模擬高壓電弧燒蝕實驗等探討了顆粒尺寸對鎢銅合金組織結構與相關性能的影響，同時利用第一性原理分析計算了不同顆粒尺寸CuW7

2、0合金的場發(fā)射電子能力，探討了細晶鎢銅合金耐電弧燒蝕性的電擊穿機理。研究結果表明：
　?。?）室溫下，鎢銅合金硬度和抗壓強度隨顆粒尺寸的增大而減小，電導率則隨顆粒尺寸的增大而升高，當顆粒尺寸由0.52μm變?yōu)?0.69μm時，相對密度、硬度、抗壓強度、電導率分別從99.2％、202HB、1232.17MPa、42.8%IACS變化為97.5%、179HB、1116.31MPa、44.6%IACS；而高溫下，粗晶粒的鎢銅合金表現(xiàn)出良

3、好的抗蠕變性能，隨顆粒尺寸的減小合金的蠕變壽命變短，顆粒尺寸由0.52μm變化到20.69μm時，合金蠕變壽命由26.3h提高到87.2h。
　?。?）室溫下，試樣的斷口形貌為典型的解理斷口形貌特征，斷口以W-Cu界面斷裂和W-W界面斷裂為主；高溫下，材料內部加熱溫度過高，削弱了鎢相和粘結相銅的界面結合強度，同時，銅相斷裂時所需剪切應力較鎢相低，故裂紋容易在兩相界面和銅相上產生，最終斷口以W-Cu界面斷裂和銅相延性斷裂為主。

4、>　?。?）同一擊穿電壓下，細晶鎢銅合金相對于粗晶的首擊穿燒蝕面積大，擊穿坑多而淺，100次電擊穿后，表面均有銅的飛濺沉積，出現(xiàn)大量的孔洞和裸露的鎢骨架，顆粒越粗該現(xiàn)象越明顯。細晶銅相分散，散熱快，燒蝕面積大，燒蝕比較緩和；而粗晶合金銅相相對集中，燒蝕在此區(qū)域集中進行，最終導致銅相大量損失，燒蝕嚴重。
　?。?）細晶比粗晶更耐電弧燒蝕，其機理一是細晶鎢銅合金中銅相分布細小均勻，電弧不會在富銅區(qū)域聚集，而是均句分布在陰極材料表面；二

5、是細晶鎢銅合金中W骨架致密，微小的銅滴可嵌在鎢骨架中，使多次擊穿后合金表面仍保持光滑平整，微凸起引發(fā)的場致電子發(fā)射幾率減小，利于提高陰極材料的電擊穿性能；三是細晶晶界的功函數(shù)降低，從而降低陰極溫度和材料的蒸發(fā)，以此來減輕電弧燒蝕。
　?。?）隨外加電場增大，鎢銅合金費米能級處態(tài)密度增大，外電場從0.087Ha變化到0.12Ha，態(tài)密度值從199.62Ha增加到244.01Ha。細顆粒鎢銅合金耐電壓強度高故外加電場強度大，態(tài)密度表示