黃麗枚，羅來馬，丁孝禹，羅廣南，昝 祥，洪 雨，吳玉程

（1.合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，合肥 230009；2.中科院等離子體物理研究所，合肥 230031）

0 引 言

目前大多數(shù)應(yīng)用的鎢銅復(fù)合材料都是以鎢為主的鎢銅復(fù)合材料，其中含鎢量為50%～90%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），該類材料綜合了鎢和銅的諸多優(yōu)點(diǎn)，具有高的強(qiáng)度、硬度，良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，低的熱膨脹系數(shù)，良好的耐電弧侵蝕性、耐高溫氧化性及抗熔焊性等特點(diǎn)［1－2］，現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)防工業(yè)、航天航空、電子信息和機(jī)械加工等領(lǐng)域。自20世紀(jì)30年代鎢銅復(fù)合材料問世以來，很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)它主要用作各類高壓電器開關(guān)的電觸頭，成為高壓電器開關(guān)中不可或缺的關(guān)鍵材料。20世紀(jì)60年代以后，鎢銅復(fù)合材料開始作為電阻焊和電加工的電極材料和航天設(shè)備中接觸高溫燃?xì)獾母邷夭牧?；到?0年代，鎢銅復(fù)合材料的生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品質(zhì)量得到穩(wěn)定和提高。20世紀(jì)90年代，隨著大規(guī)模集成電路和大功率電子器件的發(fā)展，鎢銅復(fù)合材料作為升級(jí)換代的材料開始大規(guī)模地用作電子封裝和熱沉材料。幾十年來，國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)鎢銅復(fù)合材料的制備工藝及材料性能進(jìn)行了大量而深入的研究，也取得了很多成果［3－5］。為了給國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員提供參考，作者從鎢銅復(fù)合材料的應(yīng)用、制備工藝等方面進(jìn)行綜述，并對(duì)今后的發(fā)展方向進(jìn)行展望。

1 鎢銅復(fù)合材料的應(yīng)用

1.1 高溫用材料

鎢銅復(fù)合材料具有很好的耐高溫性能和發(fā)汗冷卻作用。在20世紀(jì)60年代，美國(guó)就開始將其用來制造電磁炮的導(dǎo)軌、火箭導(dǎo)彈上的喉管喉襯及燃?xì)舛娴雀邷叵聭?yīng)用的部件［6］。當(dāng)使用溫度超過其熔點(diǎn)（3 000℃）時(shí)，銅會(huì)在1 083℃時(shí)熔化，在2 580℃、0.1MPa時(shí)因蒸發(fā)而吸收大量的熱量，大大降低了部件的表面溫度，并為復(fù)合材料中的鎢骨架提供良好的冷卻作用，保證了部件的正常工作，從而使復(fù)合材料能承受一般材料無(wú)法承受的高溫。從材料的性能來看，鎢骨架的強(qiáng)度決定了鎢銅復(fù)合材料的強(qiáng)度。隨著鎢銅復(fù)合材料在軍事國(guó)防領(lǐng)域新用途的開發(fā)，高溫用鎢銅復(fù)合材料的用量將會(huì)大幅度增多［7］。

1.2 電子封裝及熱沉材料

鎢銅復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)（CTE）及導(dǎo)熱系數(shù)（TC）可以通過調(diào)整鎢和銅元素的比例來改變；同時(shí)保證與硅片、砷化鎵及陶瓷材料具有相匹配的熱膨脹系數(shù)，避免了熱應(yīng)力所引起的熱疲勞破壞，因此鎢銅復(fù)合材料作為嵌塊、連接件和散熱元件得到廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在已經(jīng)成為重要的電子封裝及熱沉材料［4］。作為電子封裝及熱沉材料的鎢銅復(fù)合材料要求具有均勻的組織、低的漏氣率、良好的導(dǎo)熱性和低的熱膨脹系數(shù)。表1為電子封裝和熱沉用的鎢銅復(fù)合材料的性能。

表1 電子封裝和熱沉用鎢銅復(fù)合材料的性能［7］Tab.1 The properties of W-Cu composites for electronic packaging and thermal-sink［7］

1.3 電加工電極用材料

電加工電極材料是電火花加工中的關(guān)鍵材料，很大程度上決定了其加工的穩(wěn)定性、加工精度、加工面的粗糙度及精細(xì)加工能力。在電火花加工工藝開始發(fā)展的較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，電加工電極一般由銅及銅合金制成。雖然其價(jià)格便宜、使用方便，但是因?yàn)椴荒碗娀鸹g，以致電極消耗大，加工精度不高，有時(shí)還需要進(jìn)行多次加工。隨著模具精度和許多難加工材料部件用量的不斷增多，以及電火花加工工藝的日益成熟，鎢銅復(fù)合材料電加工電極已日趨普遍。采用鎢銅復(fù)合材料制成的電加工電極，不僅提高了被加工模具和部件的精度，而且減少了電極的損失，提高了加工效率，甚至一次即可以完成產(chǎn)品的粗加工和精加工［7］。

電火花加工電極的特點(diǎn)是品種規(guī)格繁多，批量小但總量大。作為電火花加工電極的鎢銅復(fù)合材料要求有高的致密度和均勻的組織，特別是對(duì)于一些細(xì)長(zhǎng)的棒材、管料及電極［8］。

1.4 其他用材料

根據(jù)鎢銅復(fù)合材料的各項(xiàng)特性，仍在不斷研究與開發(fā)其各種新的可能用途，如可以作為重載荷滑動(dòng)軸承的加強(qiáng)筋，高速轉(zhuǎn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)的固體密封件，各種儀器儀表中要求無(wú)磁、低膨脹、高彈性模量、防輻射屏蔽等特殊要求的零部件，聚合反應(yīng)堆中承受和傳遞大熱流的裝置材料等；其他諸如激光器、通訊設(shè)備、辦公設(shè)備以及體育和運(yùn)動(dòng)器件等均可成為鎢銅復(fù)合材料新的應(yīng)用領(lǐng)域［8］。

2 鎢銅復(fù)合材料的傳統(tǒng)制備工藝

鎢的熔點(diǎn)為3 318℃，銅的熔點(diǎn)為1 083℃，兩者相差很大且鎢銅互不相溶，因此鎢銅復(fù)合材料是一種典型的假合金，通常采用粉末冶金的方法制備鎢銅復(fù)合材料。傳統(tǒng)制備方法主要有熔滲法、高溫液相燒結(jié)法和活化強(qiáng)化液相燒結(jié)法。

2.1 熔滲法

熔滲法［9］即把鎢粉壓制成坯塊，在一定溫度下預(yù)燒制成具有一定密度和強(qiáng)度的多孔鎢基體骨架，然后將熔點(diǎn)較低的金屬銅熔化滲入鎢骨架中，從而得到致密的鎢銅復(fù)合材料。其主要機(jī)理是當(dāng)金屬液相潤(rùn)濕多孔基體時(shí)，金屬液在毛細(xì)管力作用下沿顆粒間間隙流動(dòng)填充多孔鎢骨架孔隙，從而獲得綜合性能優(yōu)良的材料，特別是對(duì)改善材料的韌性很有好處。梁容海［10］等對(duì)鎢含量較高的鎢復(fù)合材料的熔滲機(jī)理作了深入的探索和研究，并通過熔滲法制備了具有優(yōu)良導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，高致密度的鎢銅復(fù)合材料。

熔滲法有兩種：高溫?zé)Y(jié)鎢骨架后滲銅和低溫?zé)Y(jié)部分混合粉后滲銅。

高溫?zé)Y(jié)鎢骨架即指先將鎢粉在較低的壓力下制成相對(duì)密度較低的生坯，然后將生坯在較高的溫度（一般在2 000℃左右）下長(zhǎng)時(shí)間燒結(jié)而得到具有所需相對(duì)密度的鎢骨架［11］。高溫?zé)Y(jié)鎢骨架后滲銅的典型工藝如下：混合均勻后的鎢粉與（0.1%～1.5%）粘結(jié)劑經(jīng)壓制成型后，依次進(jìn)行低真空400～800℃條件脫除粘結(jié)劑，1 000℃、1～2h的預(yù)燒結(jié)，1 800～2 200℃、H2保護(hù)、1h的高溫?zé)Y(jié)后，在1 300～1 400℃、H2保護(hù)或者真空條件下進(jìn)行滲銅。

此種方法可以制得相對(duì)密度大于99.2%的鎢銅復(fù)合材料［12］。因?yàn)椴捎酶邷責(zé)Y(jié)，所以鎢還原充分，低熔點(diǎn)雜質(zhì)和難熔的低價(jià)氧化物都可以通過揮發(fā)和熱分解去除。鎢銅復(fù)合材料的含氧量較低，純度較高，高溫?zé)Y(jié)方法適于制造銅含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）不大于15%的鎢銅復(fù)合材料。采用該法可以制備相對(duì)密度較高，綜合性能較好的鎢銅復(fù)合材料，但是生產(chǎn)周期長(zhǎng)且復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高。

低溫?zé)Y(jié)部分混合粉滲銅法的典型工藝大致如下：將鎢粉、少量（2%～6%）銅粉及微量（0.5%～2.5%）添加劑混合均勻后進(jìn)行壓制成型，再經(jīng)1 300～1 400℃、H2保護(hù)或者真空條件下燒結(jié)，最后經(jīng)1 200～1 350℃、H2保護(hù)或者真空條件下的滲銅處理。

采用這種方法制造的鎢銅復(fù)合材料，銅沿著鎢晶界分布，鎢骨架強(qiáng)度不如高溫?zé)Y(jié)的高，如果用這種方法制造斷路器中的觸頭材料，則容易發(fā)生燒蝕現(xiàn)象。這種方法對(duì)原材料成分要求較高，否則產(chǎn)品會(huì)含有較多的雜質(zhì)和氣體。寧超［13］等采用粉末冶金預(yù)處理、添加誘導(dǎo)銅粉，在還原氣氛下用熔滲的方法制備了用于電子封裝/熱沉的鎢銅復(fù)合材料，結(jié)果表明采用少量銅誘導(dǎo)并預(yù)燒鎢骨架所得的復(fù)合材料較未添加誘導(dǎo)銅和未預(yù)燒鎢骨架所得的復(fù)合材料，具有較好的組織均勻性，較均勻的銅相分布。

近幾年，由于粉末增塑近凈成型技術(shù)的發(fā)展和對(duì)零部件形狀復(fù)雜程度要求的提高，鎢骨架的制備從單一傳統(tǒng)的粉末冶金模壓成型向擠壓成型和注射成型方向發(fā)展。文獻(xiàn)［14］介紹了超細(xì)鎢粉的注射成型工藝和熔滲工藝，工藝流程如下：庚烷中球磨16h后的鎢粉、2.5%銅粉和硬脂酸混合均勻后加入到復(fù)合粘結(jié)劑中（含35%聚丙烯、60%石蠟、5%硬脂酸），在150℃條件下混合1h；然后依次經(jīng)冷卻、制粒、注射成型，在65℃庚烷中脫粘結(jié)劑5～6h；空氣中風(fēng)干6h后以3℃·min－1加熱到500℃，H2保護(hù)下以103℃·min－1加熱到900℃，H2保護(hù)下冷卻1h后轉(zhuǎn)入到高溫?zé)Y(jié)爐中，H2保護(hù)、露點(diǎn)－76℃條件下以10℃·min－1加熱到1 030℃，保溫1h后以10℃·min－1加熱到1 200～1 600℃熔浸，經(jīng)13～360min的保溫后冷卻到室溫。

German［15－17］、Ihn［18］等利用注射成型技術(shù)制備鎢骨架，并將制得的鎢骨架在900℃下預(yù)燒，再于1 500℃熔滲銅液90～120min，制得的復(fù)合材料具有優(yōu)良的性能。從表2可見，用鎢粉注射成型和熔滲工藝生產(chǎn)的W-10%Cu和W-20%Cu復(fù)合材料的相對(duì)密度都大于99%，利用注射成型工藝可以制取形狀復(fù)雜的零部件。該工藝中熔滲時(shí)間對(duì)產(chǎn)品的性能影響較大，隨著熔滲時(shí)間的延長(zhǎng)，產(chǎn)品的相對(duì)密度、硬度、強(qiáng)度均有所提高，但是超過某臨界值后性能反而下降。這是因?yàn)槌?xì)粉在熔滲的時(shí)候出現(xiàn)了固溶析出現(xiàn)象。

表2 采用注射成型和熔滲法制備的鎢銅復(fù)合材料性能［18］Tab.2 The properties of W-Cu composites prepared by injection molding and infiltration［18］

因?yàn)槿蹪B法制得的復(fù)合材料具有較優(yōu)良的性能，所以該法是目前應(yīng)用較多的一種方法。但其也存在很多的不足：一是鎢骨架很難做到孔隙全部連通且大小一致，易造成不均勻組織；二是熔滲后需要進(jìn)行機(jī)加工以去除富余的銅，既提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)成本又降低了成品率。

除了油價(jià)在庫(kù)存和宏觀周期中由于市場(chǎng)這只“看不見的手”而產(chǎn)生的變動(dòng)外，政策托底同樣不可忽視。當(dāng)油價(jià)由于供給缺口而上漲過快時(shí)，各國(guó)釋放閑置產(chǎn)能和戰(zhàn)略儲(chǔ)備原油，邊際供給寬松推動(dòng)油價(jià)回落。當(dāng)油價(jià)由于金融風(fēng)險(xiǎn)集中爆發(fā)而超跌時(shí)，往往也是各國(guó)貨幣、財(cái)政刺激政策出臺(tái)之時(shí)，政府和央行釋放流動(dòng)性為市場(chǎng)注入信心，邊際需求寬松推動(dòng)油價(jià)反彈。

2.2 高溫液相燒結(jié)法

鎢銅兩者的熔點(diǎn)相差很大，可以采用高溫液相燒結(jié)方法制備使其致密化。傳統(tǒng)的方法是在高于銅熔點(diǎn)300℃以上溫度進(jìn)行燒結(jié)。高溫液相燒結(jié)的特點(diǎn)是生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單且易于控制，但存在燒結(jié)溫度高、燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、燒結(jié)性能較差、燒結(jié)密度低不能滿足使用要求等不足之處。因此不得不在后增加后處理工序，如：復(fù)壓、熱壓、熱鍛等來提高產(chǎn)品致密度，這樣就增加了制備工藝的復(fù)雜性和生產(chǎn)成本。有人采用爆炸壓實(shí)法生產(chǎn)鎢含量高的鎢銅復(fù)合材料，利用爆炸力實(shí)現(xiàn)高溫液相燒結(jié)，獲得較好效果［19］。通過液壓燒結(jié)、液壓燒結(jié)＋復(fù)壓、液壓燒結(jié)＋熱鍛、爆炸壓實(shí)法制備鎢銅復(fù)合材料的性能對(duì)比見表3。

表3 通過不同高溫液相方法制備的鎢銅復(fù)合材料的性能［19］Tab.3 The properties of W-Cu composites prepared by different liquid phase sintering methods［19］

目前，國(guó)內(nèi)外大量的研究表明，采用溶膠－凝膠法、噴霧干燥法（熱化學(xué)合成法）、機(jī)械－熱化學(xué)合成法、機(jī)械合金化等方法可制備納米級(jí)鎢銅復(fù)合粉體，再利用納米復(fù)合粉體的特殊燒結(jié)活性將有望為獲得致密度高的鎢銅復(fù)合材料提供一條有效的途徑。其中采用機(jī)械合金化制備鎢銅復(fù)合材料不僅可以使得成分混合均勻，還可以通過反復(fù)形變、冷焊和破裂等過程使得粉末極度細(xì)化［20］，且球磨后的粉體具有很嚴(yán)重的晶格畸變、高密度缺陷、交替的層狀結(jié)構(gòu)和納米級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)，表面能高，活性大，具有更大的燒結(jié)驅(qū)動(dòng)力和更好的燒結(jié)性能［21］。汪峰濤等［22］采用機(jī)械合金化結(jié)合粉末冶金技術(shù)制備 W-20Cu（體積分?jǐn)?shù)）復(fù)合材料，結(jié)果表明，隨著球磨時(shí)間的延長(zhǎng)，復(fù)合粉燒結(jié)體的組織越來越均勻，銅相分布也越來越均勻。燒結(jié)體的密度、收縮率、硬度、抗彎強(qiáng)度隨球磨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大；球磨20h的復(fù)合粉燒結(jié)體熱導(dǎo)率達(dá)到峰值（130.61W·m－1·K－1），繼續(xù)球磨，熱導(dǎo)率減小。綜合考慮所有研究結(jié)果，通過機(jī)械合金化所制備的鎢銅復(fù)合粉體可以獲得具有優(yōu)異綜合物理性能的鎢銅復(fù)合材料。

總的來說，高溫液相燒結(jié)法生產(chǎn)工序簡(jiǎn)單，但是具有燒結(jié)溫度高、燒結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、銅大量揮發(fā)、燒結(jié)性能較差、燒結(jié)密度較低等缺點(diǎn)，所以高溫液相燒結(jié)法不能制備高致密的鎢銅復(fù)合材料，如果輔以燒結(jié)后處理，則使工藝復(fù)雜且成本較高。

2.3 活化強(qiáng)化液相燒結(jié)法

活化強(qiáng)化液相燒結(jié)是指在鎢銅復(fù)合材料制備過程中添加微量的活化元素來提高粉末燒結(jié)性能，經(jīng)過液相燒結(jié)獲得的鎢銅復(fù)合材料密度接近理論密度。文獻(xiàn)［18］報(bào)道了兩種比較典型的工藝。一種是將鎢粉、銅粉和少量鎳、鈷或鐵粉等添加劑在庚烷中球磨24h后烘干過篩，再經(jīng)壓制成型，最后在H2保護(hù)、1 250～1 400℃條件下燒結(jié)1h；另一種是先將鎢粉在庚烷球磨24h，經(jīng)烘干、過篩后加入到銅的鹽溶液及含鎳、鈷或鐵等添加劑的鹽溶液的混合液中，然后在95℃條件下攪拌、蒸發(fā)，再依次經(jīng)破碎、H2保護(hù)下800℃還原1h、壓制成型，最后在H2保護(hù)、1 250～1 400℃條件下燒結(jié)1h。

與高溫液相燒結(jié)相比，活化強(qiáng)化液相燒結(jié)法燒結(jié)溫度降低，燒結(jié)時(shí)間縮短，燒結(jié)致密化程度提高。Johnson［15］等研究了添加過渡族元素鈀、鎳、鈷、鐵對(duì)鎢銅復(fù)合材料液相燒結(jié)的活化效果。結(jié)果顯示，在一定范圍內(nèi)，隨著活化元素鈀、鎳、鈷、鐵含量的增多，燒結(jié)體密度、斷裂強(qiáng)度和維氏顯微硬度都明顯增大，其中鈷和鐵的效果更為明顯，說明了鈷和鐵的活化效果較好，可以明顯提高鎢銅復(fù)合材料的致密度。這主要是因?yàn)殁Z、鎳與銅形成了無(wú)限固溶體，起不到明顯的活化效果；然而鈷、鐵與銅形成了有限固溶體，燒結(jié)的時(shí)候會(huì)在晶界析出，與鎢形成金屬間化合物W6Co7和Fe2W，形成了高擴(kuò)散的界面層，增強(qiáng)鎢銅復(fù)合材料的燒結(jié)，促進(jìn)鎢的致密化。

活化強(qiáng)化液相燒結(jié)可以獲得具有較為理想相對(duì)密度、硬度和強(qiáng)度的鎢銅復(fù)合材料。黃金昌等［23］將少于1%的鈷加入原始的鎢銅混合粉體內(nèi)，顯著改善了鎢銅復(fù)合材料的性能。另外研究也印證了在一定范圍內(nèi)活化特性隨著活化劑添加量的增加而提高。在0.35%～0.5%范圍內(nèi)添加鐵或鈷，鎢銅復(fù)合材料的密度、強(qiáng)度和硬度都出現(xiàn)了最佳值。但是，加入活化劑會(huì)顯著降低了鎢銅復(fù)合材料的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，這對(duì)于導(dǎo)電、導(dǎo)熱性要求高的材料是不利的。所以活化強(qiáng)化液相燒結(jié)法只能應(yīng)用于對(duì)導(dǎo)熱、導(dǎo)電性要求不高的材料。

3 鎢銅復(fù)合材料的制備新工藝

應(yīng)用于微電子技術(shù)的鎢銅復(fù)合材料要求具有高的致密度，低的漏氣率，優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，良好的散熱性及抗電燒蝕性。為制備具有更高、更好性能的鎢銅復(fù)合材料，國(guó)內(nèi)外研究者開發(fā)了多種新工藝，主要有快速定向凝固技術(shù)、原位反應(yīng)鑄造法、金屬注射成型、功能梯度法、纖維代替粒子法、電弧熔煉法、固定結(jié)構(gòu)法等新技術(shù)。

3.1 快速定向凝固技術(shù)

霧化法、甩帶法和霧化沉積法是常用的快速凝固方法。但是最近的研究發(fā)現(xiàn)，快速定向凝固法的冷卻速率還是太慢了，凝固時(shí)有充分的時(shí)間使得組織長(zhǎng)大，并產(chǎn)生嚴(yán)重的枝晶偏析，影響了材料的性能。

3.2 原位反應(yīng)鑄造法

用原位反應(yīng)鑄造法制備鎢銅復(fù)合材料時(shí)，金屬液相中會(huì)原位產(chǎn)生增強(qiáng)相，增強(qiáng)相沒有暴露在空氣中，避免了表面受到污染和氧化，改善了與基體的結(jié)合，且形成的細(xì)小顆粒增強(qiáng)相（微米及亞微米級(jí)）在基體相中均勻分布，提高了復(fù)合材料的性能［25］。

3.3 金屬注射成型技術(shù)

金屬注射成型制備鎢銅復(fù)合材料的技術(shù)是在注射鎢坯的基礎(chǔ)上形成的。由于普通熔滲法制備鎢銅復(fù)合材料的局限性［26－27］，讓人們想到利用注射成型生產(chǎn)鎢坯，再往鎢坯中熔滲銅，以減少后續(xù)加工。后來，隨著注射成型技術(shù)的發(fā)展，可將鎢銅復(fù)合粉末直接注射成型。它的基本工藝過程是：先選擇符合金屬注射成型要求的原料金屬粉體和粘結(jié)劑，然后在一定的溫度下采用合適的方法均勻混合金屬粉體和粘結(jié)劑，再經(jīng)過制粒，在注射成型機(jī)上注射成型，將所得坯體脫去粘結(jié)劑后進(jìn)行致密化燒結(jié)得到產(chǎn)品。

金屬注射成型技術(shù)在制備幾何形狀復(fù)雜、組織結(jié)構(gòu)均勻、高性能和高精度的凈近成型產(chǎn)品方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)［13］報(bào)道了用注射成型制備銅含量為10%，15%，20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的鎢銅復(fù)合材料，其粉體填充體積分?jǐn)?shù)為52%，熔滲燒結(jié)注射成型坯料后得到的鎢銅復(fù)合材料致密、細(xì)晶。Kin等［28］研究了 W-30Cu納米復(fù)合粉體“T”模型的注射成型參數(shù)，成型后脫粘結(jié)劑的過程，最后所得的型坯表面質(zhì)量良好、形狀規(guī)整、粉末填充量為（體積分?jǐn)?shù)）45%～50%，且粘結(jié)劑脫除率大于99%，直接燒結(jié)坯塊后所得的鎢銅復(fù)合材料相對(duì)密度高達(dá)96%。

3.4 功能梯度法

功能梯度材料是根據(jù)使用要求，選擇兩種不同性能的材料，采用先進(jìn)的材料復(fù)合技術(shù)，使中間部分的組成和結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)連續(xù)的梯度變化，內(nèi)部不存在明顯的界面，從而使得材料的性能也沿厚度方向呈現(xiàn)梯度變化的一種新型復(fù)合材料。鎢銅梯度功能材料是由鎢銅復(fù)合材料引伸的一種新型復(fù)合材料。一面是高導(dǎo)電、導(dǎo)熱和較好塑性的銅或者低含鎢的銅鎢；另一面是高熔點(diǎn)、高硬度的鎢或者低含銅的鎢銅；中間是組成呈梯度變化的鎢銅復(fù)合層［29］。它的優(yōu)點(diǎn)是能夠很好地緩和由于鎢與銅熱性能不匹配而造成的熱應(yīng)力，整體具有較好的力學(xué)性能、抗燒蝕性、抗熱震性等綜合性能。非常適合作為超高壓的電觸頭材料，應(yīng)用于航空航天、核工業(yè)及電子工業(yè)等高科技領(lǐng)域中的噴管喉襯、電子束靶等材料，也很有希望作為核聚變裝置中面向等離子體的偏濾器材料［30］。

關(guān)于梯度鎢銅復(fù)合材料的成型，目前已經(jīng)提出了很多方法如粉末冶金方法、等離子噴涂法、氣相沉積法、自蔓延高溫合成法等，但是總的說來可以分為兩類。一類是間斷梯度層，如：干粉鋪疊成型，其中各層存在成分間斷；另一類是連續(xù)梯度層，如注漿成型、沉降成形、離心成形等，成分連續(xù)過渡是利用自然遷移現(xiàn)象來實(shí)現(xiàn)的。梯度功能鎢銅復(fù)合材料的燒結(jié)致密化工藝與傳統(tǒng)的粉末冶金工藝相似，可以分為固相燒結(jié)、液相燒結(jié)和浸漬［31］。

3.5 纖維代替粒子法

用具有一定方向性的纖維代替難熔金屬粉末顆粒（如鎢粉顆粒）與銅粉相互交替重疊，燒結(jié)后所得的纖維強(qiáng)化金屬基復(fù)合材料具有高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，并能控制難熔金屬在高溫下的氧化飛濺，具備較高的耐蝕性［32］。

3.6 電弧熔煉法

電弧熔煉法是先采用傳統(tǒng)粉末冶金的方法（粉末混合－壓制－燒結(jié)）將所要求的材料制成電極，在真空或者惰性氣氛中經(jīng)過自耗電弧爐的熔化、快速凝固、時(shí)效、固溶處理從而獲得晶粒細(xì)小，密度偏析小，致密度高及抗蝕性良好的鎢銅復(fù)合材料［33］。

3.7 固定結(jié)構(gòu)法

為了提高鎢銅復(fù)合材料的使用性能，在對(duì)不同生產(chǎn)工藝探索的同時(shí)，也對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了研究，根據(jù)不同的使用要求，設(shè)計(jì)成具有特殊結(jié)構(gòu)的專用器件，從而保證符合使用要求。比如當(dāng)前使用的中空型電觸頭，因?yàn)榇嬗幸豢招膮^(qū)，使得電觸頭在接觸電弧時(shí)，散熱快、燒蝕小，從而延長(zhǎng)了使用壽命［34］。

4 結(jié)束語(yǔ)

鎢銅復(fù)合材料因具有較為優(yōu)越的綜合性能在電氣、國(guó)防、微電子等行業(yè)中具有很廣泛的應(yīng)用前景。但是在常規(guī)的燒結(jié)條件下，由于鎢和銅致密化過程受到二者不溶解性和低浸潤(rùn)性的影響，其致密化程度、組織分布的均勻性、成分和尺寸控制都難以達(dá)到理想的狀態(tài)。雖然近年來發(fā)展了許多新工藝、新技術(shù)，但是仍然存在著一些問題需要解決：（1）每一種新工藝都需要在一定的條件下才能實(shí)現(xiàn)，所以需要開發(fā)一種高效、低成本、適用范圍廣的制造技術(shù)。（2）雖然新技術(shù)提高了材料的性能并為開發(fā)新型材料提供了途徑，但是這些研究普遍還不夠深入，且新技術(shù)的實(shí)施所需設(shè)備昂貴，工藝復(fù)雜，難以適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)的要求。（3）由于目前研究大都集中在如何制備高性能的復(fù)合材料，而對(duì)基礎(chǔ)理論的研究相對(duì)匱乏，所以造成了理論與工藝技術(shù)的脫節(jié)局面。

從鎢銅復(fù)合材料的發(fā)展歷史來看，相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，梯度功能材料、納米結(jié)構(gòu)材料等新概念、新技術(shù)的引入，使得制備綜合性能更為優(yōu)異的高致密鎢銅復(fù)合材料成為可能。其中具有優(yōu)異性能的納米結(jié)構(gòu)鎢銅復(fù)合材料的研究將是新時(shí)期材料科學(xué)的熱門研究方向之一。

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