我國的鎢銅、鎢銀材料的應用與發(fā)展
鎢銅復合材料具有良好導熱、導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的應用拓展空間的基礎上,介紹了國內(nèi)外鎢銅材料的主要應用領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,大大改變了開關電器的使用性能,延長了開關電器的使用壽命,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)和應用都取得了巨大的進展。
（１）隨著我國高壓開關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應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)濟對于高壓開關電器的需要。
（２）根據(jù)使用的性質(zhì),在一些低壓開關電器中開發(fā)應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）在初步完成開關電器用鎢銅、鎢銀材料系列的開發(fā)和應用基礎上,為了規(guī)范材料的技術條件,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爐等一系列工藝設備。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)濟建設對于電力工業(yè)發(fā)展的強烈需求,作為電器開關重要材料的鎢銅、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電器上,為適應我國疆域大、輸電線路長,要求發(fā)展更高電壓等級的開關電器,國內(nèi)各高壓開關廠紛紛從國外引進了優(yōu)秀的２２０～５００ｋＶ電壓等級的ＳＦ６高壓開關制造技術。為了滿足這些開關配套電觸頭的需要,提出了按國外技術標準要求生產(chǎn)鎢銅觸頭和多規(guī)格、多品種和復雜形狀產(chǎn)品等新的要求。
（３）為了改進鎢銅觸頭和銅或銅合金導體連接的質(zhì)量和可靠性,防止高壓開關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合的整體觸頭的方法。
（４）隨著一些低壓開關電器制造技術的引進和電氣化機車中鎢銀觸頭的應用,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技術標準對原有的“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條件”國家標準,其中許多技術性能比過去有較大提高,而且包括了對整體觸頭技術性能的要求。
（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用也有了進一步的發(fā)展。一方面為了火箭、導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;另一方面又進而應用于火箭、導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的貢獻。
（９）８０年代至９０年代,真空開關中真空斷路器的興起,對于１０～３５ｋＶ電壓等級開關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合開關外,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域的應用外,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超高壓的開關電器。目前,這種高壓開關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)的建設和改造列為基礎建設的重要部分,其中所應用的主要開關電器將是１０～３５ｋＶ電壓等級的各種真空開關,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中的應用是一個迫切需要解決的任務,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人員的重視,而且開始得到應用。這也意味著鎢銅、鎢銀材料在高技術和信息工程中應用的良好前景。這一動向應該引起我們的注意,并應立即開展有關的研究開發(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用外,在其他方面還有應用的潛能,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,這些工作關鍵在于要有確切的任務和與軍工有關單位的密切合作。
（５）為了完成以上各項有關的發(fā)展任務,必須進行相應的基礎開發(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。
