Pengetahuan Industri Tembaga: Proses Produksi Paduan Tungsten-Tembaga
Proses produksi paduan tembaga tungsten:
1. Metode infiltrasi lelehan tembaga tungsten
Metode infiltrasi lelehan adalah dengan menekan bubuk tungsten ke dalam billet, melakukan pra-sinter pada suhu tertentu untuk menyiapkan kerangka matriks tungsten berpori dengan kepadatan dan kekuatan tertentu, lalu melelehkan tembaga logam dengan titik leleh yang lebih rendah dan menyusupkannya ke dalam kerangka tungsten untuk mendapatkan material tembaga tungsten yang lebih padat. Mekanismenya terutama adalah ketika fase cairan logam membasahi matriks berpori, cairan logam mengalir di sepanjang celah partikel di bawah aksi gaya kapiler untuk mengisi pori-pori kerangka tungsten berpori, sehingga memperoleh material yang lebih padat. Metode ini dapat meningkatkan ketangguhan material tembaga tungsten. Material komposit tembaga tungsten berdensitas tinggi yang disiapkan dengan metode infiltrasi lelehan memiliki konduktivitas termal dan listrik yang baik, tetapi sulit bagi kerangka tungsten untuk membuat semua pori terhubung dan ukurannya konsisten, dan juga sulit untuk memastikan keseragaman distribusi tembaga dalam produk setelah infiltrasi lelehan, yang pasti akan memengaruhi sifat material. Dengan perkembangan teknologi pembentukan jaring dekat plastisisasi serbuk dan meningkatnya persyaratan sains dan teknologi modern untuk kompleksitas suku cadang dan komponen, persiapan rangka tungsten telah berkembang dari pembentukan cetakan metalurgi serbuk tradisional tunggal menjadi pembentukan ekstrusi dan pembentukan injeksi. Misalnya, RM German dan yang lainnya di Amerika Serikat menggunakan teknologi cetak injeksi untuk menyiapkan rangka tungsten dan mencapai hasil yang baik. Mereka melakukan pra-sintering rangka tungsten yang telah disiapkan sebelumnya pada suhu 900 derajat dan melakukan infiltrasi leleh pada suhu 1500 derajat selama 90~120 menit. Paduan yang diperoleh memiliki kinerja yang sangat baik. Karena material komposit tungsten-tembaga yang disiapkan dengan metode ini memiliki kinerja yang sangat baik, maka material ini paling banyak digunakan. Namun, metode ini juga memiliki kekurangan yang besar, yang secara khusus dimanifestasikan dalam kebutuhan pemesinan setelah infiltrasi untuk menghilangkan kelebihan logam tembaga, yang meningkatkan biaya pemesinan berikutnya, mengurangi tingkat hasil, dan tidak kondusif untuk digunakan pada suku cadang dengan bentuk yang kompleks.
2. Sintering fase cair suhu tinggi dari tembaga tungsten
Sintering fase cair suhu tinggi merupakan metode proses untuk menyiapkan material komposit tungsten-tembaga dengan mencampur bubuk tungsten dan bubuk tembaga dalam proporsi tertentu, pengepresan, dan sintering fase cair. Metode tradisional biasanya melakukan sintering fase cair suhu tinggi pada suhu di atas 300 derajat di atas titik leleh tembaga untuk membuatnya padat. Karakteristiknya adalah proses produksinya sederhana, tetapi ada beberapa kelemahan seperti suhu sintering yang tinggi, waktu sintering yang lama, sejumlah besar penguapan tembaga, kinerja sintering yang buruk, dan kepadatan sintering yang rendah (hanya 90~95 dari kepadatan teoritis), yang tidak dapat memenuhi persyaratan penggunaan. Oleh karena itu, untuk meningkatkan kepadatan material, langkah-langkah pasca-pemrosesan yang relevan seperti pengepresan ulang, pengepresan panas, kalsinasi panas, dll. perlu ditambahkan setelah sintering fase cair, tetapi ini meningkatkan kompleksitas proses dan membatasi penerapannya. Material tembaga tungsten yang disiapkan dengan metode pemadatan eksplosif oleh AKBhalla18 dkk. memiliki efek sintering fase cair suhu tinggi yang baik. Selain itu, ditemukan dalam proses sintering fase cair suhu tinggi bahwa ukuran partikel serbuk tungsten dan tembaga juga mempengaruhi kerapatan sintering komposit tungsten tembaga. Semakin halus serbuk, semakin tinggi kerapatan sintering yang diperoleh.
3. Bubuk tembaga tungsten ultrafine/nano-ukuran dan metode pemadatan hampir penuh sintering satu langkah
Bubuk ultrafine/nano memiliki serangkaian karakteristik yang sangat baik: seperti butiran bubuk halus, luas permukaan spesifik yang besar, antarmuka kontak yang besar antara bubuk, aktivitas permukaan yang besar, gaya penggerak sintering yang besar, suhu sintering yang rendah, densifikasi yang cepat, kepadatan yang tinggi dan kinerja yang baik tanpa menambahkan aktivator apa pun. Oleh karena itu, material komposit tungsten-tembaga yang dibuat dengan bubuk ultrafine memiliki kepadatan yang sangat tinggi, konduktivitas termal dan listrik yang tinggi, struktur mikro yang sangat halus dan seragam, dan memiliki keunggulan yang tak tertandingi dibandingkan material komposit tungsten-tembaga yang dibuat dengan metode konvensional. Ada banyak metode untuk menyiapkan bubuk komposit tungsten-tembaga ultrafine/nano, seperti paduan mekanis (MA), metode sol-gel (Sol-Ge1), metode sintesis proses termokimia mekanis (Mechano-Thermochemical Process), dll.
4. Sintering fase cair yang diaktifkan oleh tungsten dan tembaga
Sintering fase cair teraktivasi adalah metode penambahan sejumlah jejak ({{0}}.1-0.5) elemen logam ketiga seperti Pd, Ni, Co, Fe, dll. ke bahan tungsten-tembaga untuk mendorong fase tungsten yang tidak larut dalam tembaga agar larut dalam fase tembaga, dan membentuk fase 7- yang mengandung elemen logam ini selama proses sintering fase cair. Dibandingkan dengan metode sintering fase cair suhu tinggi, metode ini tidak hanya mengurangi suhu sintering dan memperpendek waktu sintering, tetapi juga sangat meningkatkan densitas sintering. JL Johnsonl1 dkk. mempelajari efek aktivasi elemen transisi Pd, Ni, Co, dan Fe pada sintering bahan tembaga tungsten. Penelitian menunjukkan bahwa Co dan Fe memiliki efek aktivasi terbaik, yang secara signifikan dapat meningkatkan densitas bahan tembaga tungsten. Efek aktivasi Ni dan Pd dalam W-Cu tidak jelas, yang lebih buruk daripada bubuk tungsten murni. Alasannya adalah Ni, Pd, dan Cu membentuk larutan padat tak terbatas dan tidak dapat memainkan efek aktivasi, sedangkan Co, Fe, dan Cu hanya membentuk larutan padat terbatas. Selama proses sintering, fase kedua yang dibentuk oleh elemen jejak akan mengendap di batas butir dan membentuk senyawa intermetalik, yang mendorong pemadatan tungsten. Studi JL Johnson dan RMGerman dkk. pada sistem W-lOCu juga menunjukkan bahwa ketika kandungan Co adalah 0,35, kinerja material setelah sintering pada 1300 derajat selama 1 jam sangat baik. Sintering fase cair yang ditingkatkan aktivasi dapat memungkinkan material tembaga tungsten memperoleh kepadatan relatif, kekerasan, kekuatan lentur, dan sifat-sifat lainnya yang lebih tinggi. Namun, perlu dicatat bahwa penambahan aktivator akan memengaruhi konduktivitas listrik dan termal dari tembaga fase konduktivitas tinggi, sehingga secara signifikan mengurangi konduktivitas termal dan listrik material, yang tidak menguntungkan bagi material mikroelektronik yang memerlukan konduktivitas listrik dan termal yang tinggi. Oleh karena itu, bahan yang disiapkan dengan metode ini hanya cocok untuk situasi di mana konduktivitas listrik dan termal tidak diperlukan.
Semua orang tahu kadar paduan tembaga tungsten. Mari kita bahas metode identifikasi paduan tembaga tungsten: Jika Anda mengetahui kandungan tembaga tungsten, Anda dapat menghitungnya berdasarkan kepadatannya, yang merupakan identifikasi kasar. Verifikasi paling ilmiah adalah melakukan analisis difraksi sinar-X, yang dapat secara akurat melihat unsur-unsur yang terkandung dalam material.
