鎢銅觸點

鎢銅觸點是利用高純鎢粉優異的金屬特性和高純紫銅粉的可塑性、高導電性等優點，經靜壓成型、高溫燒結、溶滲銅的工藝精製而成的複合材料。

基本介紹

• 中文名：鎢銅觸點
• 本質：高、低壓電器開關

說明

電觸點是高、低壓電器開關、儀器儀表中的重要元器件,擔負著電路間接通與斷開,同時負載相應電路中電流的任務。鎢銅系電觸頭材料自1935年問世以來一直被廣泛用於自動開關及萬能斷路器、塑殼斷路器中。鎢和銅既不互相固溶又不形成金屬間化合物,由其兩相單體均勻混合的組織是“假合金”(pseudo-alloy)。它既保持了鎢的耐高溫、高硬度、低膨脹係數,又保持了銅的高導電導熱性和好的塑性。

特點

鎢銅觸點具有優良的耐電弧燒損性和抗熔焊性，斷弧性能好,導電導熱好,熱膨脹小,高溫不軟化,高強度,高密度,高硬度等特點。具有很好的導電導熱性，較好的高溫強度和一定的塑性。在3000℃以上的溫度下，合金中的銅被液化蒸發，大量吸收熱量，降低材料表面溫度，所以這類材料也稱為金屬發汗材料。

製備

鎢銅觸點是通過粉末冶金法高壓觸頭製成不同形狀（擠壓/燒結/熔滲）。

熔滲法

熔滲法首先要將鎢粉或鉬粉壓製成型，並燒結成具有一定孔隙度的鎢、鉬骨架，然後熔滲銅。此法適用於低銅含量的鎢銅、鉬銅產品。

氧化銅粉法

氧化銅粉法是通過混合和研磨還原提煉出銅，而不是直接用金屬銅粉，銅在燒結壓坯中形成連續的基體，鎢則作為強化構架。高膨脹組分受四周第二組分的制約，粉末在較低溫度的濕氫氣中燒結。

注模法

注模法是製作鎢銅合金的一種比較常用的方法。鎢銅合金觸點注模法是將均勻粒度為1-5微米的鎳粉、銅鎢粉或鐵粉與粒徑為0.5-2微米的鎢粉和5-15微米的鎢粉混合，再混進25%-30%的有機粘結合劑（如石蠟或聚甲基丙烯酸醋）注模，用蒸汽清洗和照射法除往粘合劑，在氫氣中燒結，獲得高密度鎢銅合金。

用途

鎢銅觸點廣泛用作高壓，超液壓開關和斷路器的觸頭，保護環，用於電熱墩粗砧塊材料，自動埋弧焊導電咀，等離子切割機噴嘴，電焊機，對焊機的焊頭，滾焊輪，封氣卯電極和點火花電極,點焊，碰焊材料等。

電阻焊電極

綜合了鎢和銅的優點，耐高溫、耐電弧燒蝕、強度高、比重大、導電、導熱性好，易於切削加工，並具有發汗冷卻等。

特性，由於具有鎢的高硬度、高熔點、抗粘附的特點，經常用來做有一定耐磨性、抗高溫的凸焊、對焊電極。

電火花電極

針對鎢鋼、耐高溫超硬合金製作的模具需電蝕時，普通電極損耗大，速度慢。而鎢銅高的電腐蝕速度，低的損耗率，精確的電極形狀，優良的加工性能，能保證被加工件的精確度大大提高。

高壓放電電極

高壓真空放電管在工作時，觸頭材料會在零點幾秒的的時間內溫度升高几千攝氏度。而鎢銅高的抗燒蝕性能、高 韌性，良好的導電、導熱性能給放電管穩定的工作提供必要的條件

電子封裝材料

既有鎢的低膨脹特性，又具有銅的高導熱特性，其熱膨脹係數和導電導熱性可以通過調整材料的成分而加以改變。

高壓開關用鎢銅觸頭材料研究

概述

電觸頭是指位於兩個導體之間的一個載流連線點，它具有可斷開的特點，主要擔負電流的接通、斷開和負載的任務。電觸頭的質量直接決定電氣系統的整體可靠性。特別是在現代化的大型電力系統，通訊系統和自動控制系統中，由於這些系統包含著上千萬的接點，因此如果其中一個或者幾個觸頭出現失效的狀態，就會嚴重影響整個系統的工作，導致系統的紊亂甚至整個系統的癱瘓。因此，針對電觸頭材料的研製工作在最近幾年得到迅速的發展，由於鎢具有高熔點、高密度、低膨脹係數的特性和銅具有很好的導熱、導電性使得鎢銅複合材料電觸頭具有良好的耐電弧侵蝕、抗熔焊和高強度等優點，這些優點使得鎢銅複合材料自20世紀30年代出現以來就被廣泛套用到電力、電子、機械和冶金等行業領域，並在很長一段時間內被用作各類高壓電器開關的電觸頭。

鎢銅複合材料的高耐壓強度和耐電燒蝕性能成為推動高壓電器開關耐壓等級和使用功率不斷提高的重要根基，並使得鎢銅複合材料成為高壓電器開關中不可缺少的關鍵材料。進入20世紀60年代，鎢銅複合材料主要作為電阻焊和電加工的電極以及航天科技中所採用的高溫材料。直到改革開放後，隨著鎢銅材料生產工藝的不斷改進和材料質量的不斷提高，鎢銅複合材料在工業領域才得到比較廣泛和成熟的套用。20世紀90年代，大規模積體電路和大功率電子器件的發展使得鎢銅複合材料作為升級換代的產品開始大規模地被用於電子封裝和熱沉材料。在鎢銅複合材料每一次新套用開發對其質量和性能均提出了新的更高要求的同時，鎢銅複合材料新的製備工藝也得到了不斷促進與發展。在高壓開關觸頭的使用上，鎢銅複合材料觸頭已經存在多年。二期鎢銅觸頭在高壓SF₆、空氣和油介質以及大電流斷路器上用量比較大而且它們一般都採用混粉壓制燒結及熔滲工藝生產相結合的辦法，組分以20%-30%Cu+80%- 70%W居多。

最近幾年以來，真空高壓開關得到了迅速的發展，同時真空高壓開關對觸頭材料的要求相對要高，除滿足一般開關的基本性能以外，基於真空中觸頭表面非常乾淨的特點，使得真空高壓開關觸頭更容易熔焊，因此對觸頭材料就不僅要有更高的抗熔焊性，還需要有足夠高的耐電壓強度、儘量低的截止電流和極低的含氣量。這些要求和材料特質使得真空高壓開關觸頭材料集中在鎢銅複合材料上。

目前市場上一些觸頭材料的組分為90%W+10%Cu，性能較差，在使用中曾經出現過熔焊現象。

影響鎢銅觸頭材料的因素

眾所周知，觸頭在使用當中會出現各種各樣的失效情況，同樣，影響觸頭正常工作的因素也極其複雜，但歸納起來可歸結為兩種。一、外部因素。即由觸頭的工作環境和工作特性決定的，包括電流特性、周圍介質、觸頭的關合分斷速度和初壓力等。二、內部因素。即由觸頭本身的結構尺寸、粒度組成、製造工藝和套用場合所決定的。

1、內部影響因素

1）結構尺寸。

從理論上講，由於能量比較分散的緣故，觸頭的結構尺寸越大，在使用中其抗電弧燒灼的能力就越強。但是在實際套用中，由於受到整個電器開關結構的限制，觸頭的尺寸不可能很大。近來有人研究出中空觸頭、插入式觸頭或加裝引弧角或引弧環的觸頭，其目的一是為了使產生電弧後，散熱較快，二是為了使觸頭在燒損後仍能保持良好的接觸狀態。

2）製造工藝。

目前，銅鎢系電觸頭材料國內的製造商普遍使用的都是混料、壓制、燒結溶滲法(或浸潰法)。所不同的是有的用預燒鎢骨架熔融浸潰工藝提取，而有的不用。近年來，國外為了提高電觸頭材料的使用壽命。採用了更為先進的製造工藝，如纖維強化法、等靜壓制一浸潰法、燒結軋制工藝、離子注入、電弧熔煉法等。

3）鎢粉粒度。

關於粉末粒度組成，即鎢粉粒度 的大小對鎢銅系電觸頭材料性能的影響 ，研究表明，用較細或較粗的鎢粉製造的觸頭其抗電弧燒損都很差，最理想的是粗細鎢粉以一定的比例混合來製造，但需注意的是不同成分的觸頭材料應有不同的比例混合。

4）套用場合。

實驗發現，不同成分的觸頭材料有其最佳的適用場合。例如，在六氟化硫斷路器中Cu20～30/W80～70；在空氣或真空開關中以Cu10/W90，在油斷路器中以Cu15～20/W85～80的組分最為抗燒損。

2、外部影響因素

研究認為，電流的特性不同，在通斷過程中產生的特性也存在差異，同時對觸頭的燒損強度也存在差別，一旦觸頭選定以後，其電流特性就是一個固定值，而周圍介質對電觸頭的滅弧能力影響較大。如果介質的滅弧能力強，就可以在很大程度上減少觸頭材料的電弧燒損(它是電觸頭失效的主要原因之一)。除此之外，對觸頭有較大影響的還有觸頭的開斷、閉合速度及關合初壓力等因素。因為開斷速度決定著燃弧時間，尤其是初開速度，提高初開速度會縮短燃弧時間，減少觸頭燒損。而增加初壓力，可以減弱觸頭因撞擊而引起的機械振動，從而減少機械磨損和電弧燒損。

展望

20世紀30年代，鎢銅高密度合金開始被研製出來，由於它具有優異的綜合性能，在電力高壓開關中得到了廣泛的套用。並且一直以來鎢銅合金受到了世界各國的高度重視，並己成為材料科學界較為活躍的研究領域之一。近年來，由於鎢銅複合材料性能好，成本低的特點，鎢銅複合材料被認為是極具發展潛力和套用前景的新型功能材料。