我国的钨铜、钨银材料的应用

我国的钨铜、钨银材料的应用与发展

      钨铜复合材料具有良好导热、导电性和高温抗氧化性等优良性能及其在电子封装、集成电路、国防军工、航空航天等高尖端技术的应用拓展空间的基础上,介绍了国内外钨铜材料的主要应用领域和制备新工艺的研究发展现状.

１５０年代

５０年代,由当时的北京电器科学研究院（后迁为桂林电器科学研究院）和北京天坛粉末冶金厂（后分出为北京电工合金厂）开始研制钨铜２０（铜钨８０）材料,作为１０ｋＶ以上的高压电器开关的触头代替原来的纯铜和铜合金触头,取得了良好效果,大大改变了开关电器的使用性能,延长了开关电器的使用寿命,这是我国具有实际意义的钨铜材料产业的开始。同时在５０年代初期,上海灯泡厂也试制成了钨银触头。

２．２６０年代至７０年代

６０年代到７０年代,我国钨铜、钨银材料产业得到了很大的发展,无论钨铜、钨银材料的研究、生产和应用都取得了巨大的进展。

（１）随着我国高压开关电器制造水平和钨铜材料生产质量的提高,钨铜材料在高压电器开关应用的电压等级已由开始的１０ｋＶ逐步发展提高到１１０ｋＶ甚至更高,开关的电容量也大大增加,满足了当时国民经济对于高压开关电器的需要。

（２）根据使用的性质,在一些低压开关电器中开发应用钨银材料以代替纯银和银合金的触点,既改进了这些开关的性能,而且由于钨银材料中银含量一般为３０%～５０%（质量分数）,而银合金触点材料银含量为７０%～９０%（质量分数）,因此部分开关采用钨银材料后,取得了明显节银效果。

（３）由于生产和应用的发展,这时,除了北京外,在上海、桂林、长沙、宜昌、天水全国不少地方均有了研究钨铜、钨银材料的有关单位和生产钨铜、钨银材料的生产企业,逐步形成了较大规模的钨铜、钨银材料开发生产体系,使全国形成较为合理的地域分布。据估计,７０年代末,我国钨铜、钨银材料的年产量约８０～１００ｔ。

（４）在初步完成开关电器用钨铜、钨银材料系列的开发和应用基础上,为了规范材料的技术条件,７０年代以机械工业部部颁标准的形式,发布了我国首先个铜钨及银钨电触头技术条件（ＪＢ１３７３—７４）。

（５）为了配合发展“两弹一星”的需要,我们完全依靠自己,独立自主地研制开发了用作火箭尾喷管喉衬的军用钨铜材料,建立了配套生产的等静压机和高温烧结炉等一系列工艺设备。通过地面试验和实弹发射,表明我们研制的钨铜喉衬完全满足使用要求,其某些性能甚至优于国外的钨银喉衬,而其成本则大为降低。

２．３８０年代至９０年代

８０年代到９０年代,随着我国实行以经济建设为中心和改革开放的政策,我国钨铜、钨银材料的发展也进入了一个新的阶段。

（１）由于经济建设对于电力工业发展的强烈需求,作为电器开关重要材料的钨铜、钨银触头的年需求量进一步增长,到８０年代末,曾达到约１２０～１５０ｔ年产量的较高峰。但是,到了９０年代,由于几万台１０ｋＶ及１０ｋＶ上下电压等级的开关电器为新型的真空断路器所取代,而这类真空断路器采用大多是非钨铜电极,从而使钨铜触头材料的用量有大大减少。

（２）在高压和超高压开关电器上,为适应我国疆域大、输电线路长,要求发展更高电压等级的开关电器,国内各高压开关厂纷纷从国外引进了优秀的２２０～５００ｋＶ电压等级的ＳＦ６高压开关制造技术。为了满足这些开关配套电触头的需要,提出了按国外技术标准要求生产钨铜触头和多规格、多品种和复杂形状产品等新的要求。

（３）为了改进钨铜触头和铜或铜合金导体连接的质量和可靠性,防止高压开关在闭合或开启操作时触头脱落造成事故,确保安全用电。因此,高压开关厂均要求钨铜生产企业直接制成钨铜材料与铜或铜合金相结合的整体触头。为此,也就发展了熔铸法、特种钎焊法、摩擦焊、电子束焊等各种连接和焊接制取钨铜与铜或铜合金结合的整体触头的方法。

（４）随着一些低压开关电器制造技术的引进和电气化机车中钨银触头的应用,我国钨银触头材料的质量和用量都得到了较大提高,使钨银材料在整个钨铜、钨银生产中的比例由过去的约１∶６提高到约１∶４。同时,除了一般的钨银生产系列外,还发展了银碳化钨等系列触头材料。

（５）根据我国钨铜、钨银触头材料的发展,使这些材料不仅满足国内开关电器的配套需要,而且能与国际同类材料接轨。８０年代末期,参照国外同类材料的有关技术标准对原有的“铜钨、银钨触头材料”部颁标准进行了修改,制定颁布了新的“高低压电器用铜钨、银钨电触头材料的技术条件”国家标准,其中许多技术性能比过去有较大提高,而且包括了对整体触头技术性能的要求。

（６）８０年代以后,随着我国新型电火花加工机床的引进和模具加工水平要求的提高,国外早已普遍采用作为电火花加工电极的钨铜材料开始在国内得到推广使用。但是,这对钨铜材料的生产也提出了特殊的要求,在质量上要求高的材质均匀性和高的致密性,而在材料规格上则多高长细比的棒材和复杂形状的型材等。

（７）随着国内经济体制的改革搞活,８０年代后,各行各业以及乡镇企业涉足生产钨铜、钨银材料现象大量兴起。这虽给这一行业带来生气和活力,但在开始也带来一些混乱,主要是在一段时间内造成某些开关电器质量的明显下降,严重冲击了某些原有的钨铜、钨银生产企业。随着市场的逐步规范,这些企业的一部分通过改进产品质量,提高产品档次而获得市场承认,而大多数则被淘汰或改为生产其他产品。

（８）８０年代后,钨铜材料在我国航天飞行器上的研究和应用也有了进一步的发展。一方面为了火箭、导弹等的改进改型进一步提高钨铜喷管喉衬的性能和扩大需用的品种;另一方面又进而应用于火箭、导弹等飞行器的燃气舵、鼻锥、配重和其他高温部件。为了保证提供高质量的产品和使用部件的高可靠性,深入进行了这些钨铜材料抗烧蚀、抗热震以及断裂韧性等研究,建立了相应的无损检测和评价手段。这些工作为我国航天事业在国际上具有一定地位作出了相应的贡献。

（９）８０年代至９０年代,真空开关中真空断路器的兴起,对于１０～３５ｋＶ电压等级开关电器中钨铜触头用量造成了明显的下降。但是,９０年代后期,我国１０ｋＶ电压等级真空负荷开关的引进和发展,又给钨铜材料带来了新的希望。当然,真空用钨铜材料与常规材料相比,要求特殊的真空性能,即极低的气体含量和放气性,这就必需采取真空工艺生产。除了钨铜材料用于真空复合开关外,还有真空接触器用的碳化钨铜、钨铜铝碲等类钨铜系列材料。３２１世纪初我国钨铜、钨银材料的发展展望

２０世纪行将结束,我国的钨铜、钨银材料产业将如何面对即将来临的２１世纪呢？特别是到２０１０年这１０年应该进行那些工作呢？我个人认为,除了继续不断提高目前生产钨铜、钨银材料的质量和水平,扩大钨铜、钨银材料在其他各个领域的应用外,可以着重注意以下几点:

（１）我国地域广大,但能源主要集中于西部,而能源大量消耗的地区则是经济发达的东部,为了解决长距离输电的经济问题,需要开发制造８００～１０００ｋＶ超高压的开关电器。目前,这种高压开关电器国外也仅极少数几个国家能够制造。为此,钨铜触头材料必需能够紧跟和满足这一发展的需要。

（２）目前,我国已将城乡电网的建设和改造列为基础建设的重要部分,其中所应用的主要开关电器将是１０～３５ｋＶ电压等级的各种真空开关,需要面广量大。因此,如何进一步开发新的真空用钨铜、钨银系列电极材料,大力推广其在真空开关中的应用是一个迫切需要解决的任务,也是这些材料升级换代的一种体现。

（３）钨铜、钨银材料在微波器件以及电子器件中作为大功率、高温、高效的散热和热沉材料,已经愈来愈受到国外有关人员的重视,而且开始得到应用。这也意味着钨铜、钨银材料在高技术和信息工程中应用的良好前景。这一动向应该引起我们的注意,并应立即开展有关的研究开发工作。

（４）在军工方面,钨铜材料除了继续开展在航天飞行器上的应用外,在其他方面还有应用的潜能,如坦克破甲弹的药罩、增程炮的尾喷口、电磁炮轨道材料等。当然,这些工作关键在于要有确切的任务和与军工有关单位的密切合作。

（５）为了完成以上各项有关的发展任务,必须进行相应的基础开发研究和新工艺研究工作,如铜钨、钨银系中添加稀土、其他元素和金属间化合物的研究,纳米级钨铜、钨银材料的研究,钨铜、钨银梯度材料的研究以及机械合金化、超细粉末、共还原粉末、注塑成型、温压、热等静压等工艺的研究等等。