Полоса вольфрамовая W-Cu15 в Минске

Полоса вольфрамовая W-Cu15: характеристики и применение

Полоса вольфрамовая W-Cu15 — композитный материал на основе вольфрама с содержанием меди 15% по массе, изготовленный методом порошковой металлургии с последующей пропиткой медным расплавом. Такая комбинация обеспечивает сочетание высокой температуры плавления вольфрамовой матрицы (3422 C) с теплопроводностью меди (около 380 Вт/(мК) в чистом виде), что делает материал востребованным в узлах, работающих при экстремальных тепловых нагрузках.

Структура и физико-механические параметры

Микроструктура W-Cu15 представляет собой каркас из спечённых вольфрамовых зёрен, поры которого заполнены медью. Такая архитектура обеспечивает плотность материала 16,4–16,8 г/см и электрическую проводимость на уровне 30–34% IACS. Твёрдость по Бринеллю составляет 220–260 HB, предел прочности при растяжении — 450–550 МПа. Коэффициент термического расширения (КТР) находится в диапазоне 7,2–7,8 10 К, что близко к значениям для кремния и карбида кремния — важное условие при монтаже полупроводниковых кристаллов.

Медь в составе обеспечивает эффективный отвод тепла от зоны нагрева, тогда как вольфрамовый каркас сохраняет геометрическую стабильность при температурах до 1000 C. Материал не склонен к газовыделению в вакууме, что допускает его эксплуатацию в герметичных электронных приборах.

Технология изготовления полос

Полосы W-Cu15 производят по следующей схеме: прессование вольфрамового порошка в заготовку, спекание при 1200–1300 C для формирования пористого каркаса, затем пропитка жидкой медью при 1150–1250 C в восстановительной атмосфере. После пропитки заготовки подвергают холодной прокатке с промежуточными отжигами для получения требуемой толщины — от 0,5 до 10 мм. Ширина полосы варьируется от 20 до 200 мм, длина — по согласованию с заказчиком.

Поверхность полос может поставляться в состоянии прокатки (шероховатость Ra 1,6–3,2 мкм) или с механической обработкой до Ra 0,8 мкм. Допуск по толщине для прецизионных применений — 0,05 мм.

Применение в промышленности

Полоса вольфрамовая W-Cu15 используется в следующих инженерных решениях:

• теплоотводящие основания и подложки силовых полупроводниковых модулей (IGBT, тиристоры) в преобразовательной технике;
• электроды контактной сварки для точечной и шовной сварки оцинкованной стали и алюминиевых сплавов;
• рассеиватели тепла в СВЧ-приборах, клистронах и магнетронах;
• коммутационные контакты высоковольтных вакуумных выключателей;
• тепловые экраны и токовводы в вакуумных печах сопротивления;
• электроды электроэрозионных станков для обработки твердосплавного инструмента.

В контактной сварке W-Cu15 обеспечивает стойкость к эрозии при плотности тока до 200 А/мм и усилиях сжатия 2–5 кН. В полупроводниковой отрасли полосы применяют для создания многослойных структур «вольфрам-медь-молибден», где W-Cu15 выполняет функцию термокомпенсационного слоя.

Сравнение с другими композициями W-Cu

По сравнению с W-Cu10 полоса W-Cu15 обладает более высокой теплопроводностью при незначительном снижении твёрдости, что предпочтительно для теплоотводящих элементов с интенсивным теплосъёмом. Относительно W-Cu20 материал выигрывает в износостойкости и стабильности размеров при циклических тепловых нагрузках.

Особенности заказа и контроля качества

При поставке полос W-Cu15 контролируются следующие параметры: химический состав (содержание меди 14–16%, вольфрама — остальное, примеси — не более 0,1%), плотность методом гидростатического взвешивания, твёрдость, электрическое сопротивление. Для ответственных применений проводится ультразвуковой контроль на отсутствие расслоений и пор.

Материал поставляется в состоянии поставки — холоднокатаном или отожжённом. Для сварных электродов рекомендуется заказ полос с шероховатостью Ra 1,6 мкм и допуском по толщине 0,1 мм; для полупроводниковых подложек — Ra 0,8 мкм и 0,05 мм соответственно.

Вопросы и ответы