Полоса вольфрамовая W-Cu50 в Минске

Полоса вольфрамовая W-Cu50: композиционный материал для высокотемпературных узлов

Полоса вольфрамовая W-Cu50 — это псевдосплав на основе вольфрама с содержанием меди 50 2 %, получаемый методом порошковой металлургии с последующей пропиткой или горячим изостатическим прессованием. Материал сочетает высокую температуру плавления вольфрамовой матрицы (3410 C) с высокой тепло- и электропроводностью медной фазы, что определяет его применение в узлах, работающих при интенсивных тепловых нагрузках и в средах с повышенной эрозией.

Структура W-Cu50 представляет собой каркас из частиц вольфрама, заполненный медью. Такая конфигурация обеспечивает коэффициент термического расширения (КТР) в диапазоне 7,2–8,0 10 К, что близко к КТР кремния, германия и ряда керамических подложек. Это делает полосу W-Cu50 востребованной при производстве теплоотводящих оснований силовых полупроводниковых модулей, IGBT-транзисторов и СВЧ-приборов, где требуется согласование термических деформаций с кристаллом.

Технология изготовления и сортамент

Полоса вольфрамовая W-Cu50 поставляется в виде холоднокатаных или шлифованных полос толщиной от 0,5 до 10 мм, шириной до 200 мм и длиной до 600 мм. Плотность материала — 12,3–12,8 г/см, твёрдость по Виккерсу — 180–240 HV. Электропроводность достигает 45–55 % IACS, теплопроводность — 230–280 Вт/(мК). Предел прочности при растяжении составляет 350–450 МПа, относительное удлинение — 2–5 %.

Поверхность полосы может иметь класс шероховатости Ra 0,8–1,6 мкм для паяных соединений или Ra 0,4 мкм для монтажа методом термокомпрессии. Допуск по толщине — 0,05 мм, по ширине — 0,1 мм. Материал поставляется в состоянии поставки T1 (без термической обработки) или T6 (искусственно состаренный) в зависимости от требований к стабильности геометрии при последующих операциях.

Применение в электронной и электротехнической промышленности

Основная область использования полосы W-Cu50 — производство теплоотводов и электродов в вакуумной электронике. Материал применяется для изготовления:

• оснований мощных полупроводниковых приборов и лазерных диодов;
• электродов контакторов и разъединителей в высоковольтной аппаратуре;
• теплоотводящих пластин в клистронах и магнетронах;
• держателей кристаллов в установках эпитаксии и ионной имплантации;
• электродов для электроэрозионной обработки (EDM) твёрдых сплавов.

В электроэрозионных станках электроды из W-Cu50 обеспечивают минимальный износ (менее 0,1 % по массе) при обработке вольфрама, молибдена и карбидных композитов. Высокая эрозионная стойкость объясняется тем, что медь при разряде испаряется, охлаждая зону обработки, а вольфрамовый каркас сохраняет форму электрода.

Эксплуатационные характеристики в условиях термоциклирования

Полоса W-Cu50 демонстрирует стабильность при циклических нагрузках в диапазоне температур от –60 до +600 C. При нагреве до 400 C прочность сцепления между вольфрамовой и медной фазами сохраняется благодаря взаимной смачиваемости компонентов. Это позволяет использовать материал в тепловых трубах и термосифонах, где требуется сочетание высокой теплопередачи с механической жёсткостью.

Для пайки полосы W-Cu50 с медными или алюминиевыми радиаторами применяются припои на основе серебра (ПСр-72) или олова с активными флюсами. При монтаже на керамические подложки из AlN или BeO рекомендуется нанесение промежуточного слоя молибдена или титана толщиной 0,1–0,3 мкм методом магнетронного напыления для улучшения адгезии.

Обработка и особенности конструирования

Полоса W-Cu50 поддаётся механической обработке резанием твёрдосплавным инструментом с охлаждением. Рекомендуемые режимы точения: скорость 30–60 м/мин, подача 0,05–0,15 мм/об. Для фрезерования пазов и отверстий применяются концевые фрезы из мелкозернистого карбида вольфрама с покрытием TiAlN. Лазерная резка возможна при толщине до 3 мм, однако зона термического влияния требует последующей зачистки.

При проектировании деталей из W-Cu50 следует учитывать анизотропию свойств, возникающую при прокатке: прочность вдоль направления прокатки на 10–15 % выше, чем поперёк. Для ответственных узлов рекомендуется располагать плоскость полосы перпендикулярно направлению теплового потока, что обеспечивает максимальную теплопередачу через медную фазу.

Вопросы и ответы