Bakır Endüstrisi Bilgisi: Tungsten-Bakır Alaşımının Üretim Süreci
Tungsten bakır alaşımının üretim süreci:
1. Tungsten bakır eriyik sızma yöntemi
Eriyik sızma yöntemi, tungsten tozunu bir kütüğe bastırmak, belirli bir sıcaklıkta ön sinterleme yaparak belirli bir yoğunluk ve mukavemete sahip gözenekli bir tungsten matris iskeleti hazırlamak ve ardından daha düşük bir erime noktasına sahip metal bakırı eritmek ve daha yoğun bir tungsten bakır malzemesi elde etmek için tungsten iskeletine sızdırmaktır. Mekanizması esas olarak, metal sıvı fazı gözenekli matrisi ıslattığında, metal sıvının kılcal kuvvetin etkisi altında parçacık boşluğu boyunca akarak gözenekli tungsten iskeletinin gözeneklerini doldurması ve böylece daha yoğun bir malzeme elde edilmesidir. Bu yöntem tungsten bakır malzemelerin tokluğunu artırabilir. Eriyik sızma yöntemi ile hazırlanan yüksek yoğunluklu tungsten bakır kompozit malzeme iyi termal ve elektriksel iletkenliğe sahiptir, ancak tungsten iskeletinin tüm gözenekleri birbirine bağlaması ve boyut olarak tutarlı hale getirmesi zordur ve ayrıca eriyik sızmasından sonra üründeki bakır dağılımının düzgünlüğünü sağlamak da zordur, bu da malzeme özelliklerini etkileyecektir. Toz plastikleştirmenin yakın ağ şekillendirme teknolojisinin gelişmesi ve modern bilim ve teknolojinin karmaşık parçalar ve bileşenler için artan gereksinimleriyle, tungsten iskeletlerin hazırlanması tek geleneksel toz metalurjisi kalıp şekillendirmeden ekstrüzyon şekillendirme ve enjeksiyon şekillendirmeye doğru gelişmiştir. Örneğin, RM German ve Amerika Birleşik Devletleri'ndeki diğerleri, tungsten iskeletleri hazırlamak için enjeksiyon kalıplama teknolojisini kullandılar ve iyi sonuçlar elde ettiler. Önceden hazırlanmış tungsten iskeletini 900 derecede önceden sinterlediler ve 1500 derecede 90 ~ 120 dakika boyunca eriyik sızmasına maruz bıraktılar. Elde edilen alaşım mükemmel bir performansa sahipti. Bu yöntemle hazırlanan tungsten-bakır kompozit malzeme mükemmel bir performansa sahip olduğundan, en yaygın kullanılanıdır. Ancak, bu yöntemin aynı zamanda büyük eksiklikleri de vardır ve bu özellikle fazla metal bakırı çıkarmak için sızmadan sonra işleme ihtiyacında ortaya çıkar, bu da sonraki işleme maliyetini artırır, verim oranını düşürür ve karmaşık şekillere sahip parçalarda kullanılmaya elverişli değildir.
2. Tungsten bakırın yüksek sıcaklıkta sıvı faz sinterlenmesi
Yüksek sıcaklık sıvı faz sinterlemesi, tungsten tozu ve bakır tozunu belirli bir oranda karıştırarak, presleyerek ve sıvı faz sinterlemesiyle tungsten-bakır kompozit malzemeler hazırlamak için bir işlem yöntemidir. Geleneksel yöntem genellikle bakırın erime noktasının 300 derece üzerindeki bir sıcaklıkta yüksek sıcaklıkta sıvı faz sinterlemesi gerçekleştirerek yoğunlaştırır. Karakteristik özelliği, üretim sürecinin basit olmasıdır, ancak yüksek sinterleme sıcaklığı, uzun sinterleme süresi, büyük miktarda bakır buharlaşması, zayıf sinterleme performansı ve düşük sinterleme yoğunluğu (teorik yoğunluğun sadece %90 ~ %95'i) gibi dezavantajları vardır ve bunlar kullanım gereksinimlerini karşılayamaz. Bu nedenle, malzemenin yoğunluğunu iyileştirmek için, yeniden presleme, sıcak presleme, sıcak kalsinasyon vb. gibi ilgili son işlem adımlarının sıvı faz sinterlemesinden sonra eklenmesi gerekir, ancak bu, sürecin karmaşıklığını artırır ve uygulamasını sınırlar. AKBhalla18 ve diğerleri tarafından patlayıcı sıkıştırma yöntemiyle hazırlanan tungsten bakır malzemesi iyi bir yüksek sıcaklık sıvı faz sinterleme etkisine sahiptir. Ayrıca, yüksek sıcaklık sıvı faz sinterleme işleminde tungsten ve bakır tozlarının parçacık boyutunun da tungsten bakır kompozitlerinin sinterleme yoğunluğunu etkilediği bulunmuştur. Toz ne kadar ince olursa, elde edilen sinterleme yoğunluğu o kadar yüksek olur.
3. Ultra ince/nano boyutlu tungsten bakır tozu ve tek adımlı sinterleme neredeyse tam yoğunlaştırma yöntemi
Ultra ince/nano toz, ince toz taneleri, büyük özgül yüzey alanı, tozlar arasında büyük temas arayüzü, büyük yüzey aktivitesi, büyük sinterleme itici kuvveti, düşük sinterleme sıcaklığı, hızlı yoğunlaşma, yüksek yoğunluk ve herhangi bir aktivatör eklemeden iyi performans gibi bir dizi mükemmel özelliğe sahiptir. Bu nedenle, ultra ince tozla hazırlanan tungsten-bakır kompozit malzeme çok yüksek yoğunluğa, yüksek termal ve elektriksel iletkenliğe, çok ince ve düzgün bir mikro yapıya sahiptir ve geleneksel yöntemlerle hazırlanan tungsten-bakır kompozit malzemeye kıyasla eşsiz avantajlara sahiptir. Ultra ince/nano tungsten-bakır kompozit tozlarını hazırlamak için mekanik alaşımlama (MA), sol-jel yöntemi (Sol-Ge1), mekanik-termokimyasal proses sentez yöntemi (Mekano-Termokimyasal Proses) vb. gibi birçok yöntem vardır.
4. Tungsten-bakır aktifleştirilmiş sıvı faz sinterlemesi
Aktifleştirilmiş sıvı faz sinterlemesi, Pd, Ni, Co, Fe, vb. gibi üçüncü bir metal elementin eser miktarının ({{0}}.1-0.5) tungsten-bakır malzemeye eklenerek bakırda çözünmeyen tungsten fazının bakır fazında çözünmesi ve sıvı faz sinterleme işlemi sırasında bu metal elementleri içeren bir 7-fazının oluşturulması yöntemidir. Yüksek sıcaklıktaki sıvı faz sinterleme yöntemiyle karşılaştırıldığında, bu yöntem sadece sinterleme sıcaklığını düşürmekle ve sinterleme süresini kısaltmakla kalmaz, aynı zamanda sinterleme yoğunluğunu da büyük ölçüde iyileştirir. JL Johnson11 ve diğerleri, tungsten bakır malzemelerin sinterlenmesinde geçiş elementleri Pd, Ni, Co ve Fe'nin aktivasyon etkisini incelediler. Çalışma, Co ve Fe'nin en iyi aktivasyon etkisine sahip olduğunu ve bu durumun tungsten bakır malzemelerin yoğunluğunu önemli ölçüde artırabileceğini gösterdi. Ni ve Pd'nin W-Cu'daki aktivasyon etkisi belirgin değildir, bu saf tungsten tozundakinden daha kötüdür. Bunun nedeni, Ni, Pd ve Cu'nun sonsuz bir katı çözelti oluşturması ve bir aktivasyon etkisi oynayamaması, Co, Fe ve Cu'nun ise yalnızca sınırlı bir katı çözelti oluşturmasıdır. Sinterleme işlemi sırasında, eser elementlerin oluşturduğu ikinci faz tane sınırında çökecek ve tungstenin yoğunlaşmasını destekleyen intermetalik bileşikler oluşturacaktır. JL Johnson ve RMGerman ve diğerlerinin W-lOCu sistemi üzerindeki çalışması da Co içeriği 0,35 olduğunda, 1300 derecede 1 saat sinterlemeden sonra malzeme performansının çok iyi olduğunu göstermiştir. Aktivasyonla geliştirilmiş sıvı faz sinterlemesi, tungsten bakır malzemelerin daha yüksek bağıl yoğunluk, sertlik, eğilme mukavemeti ve diğer özellikler elde etmesini sağlayabilir. Ancak, aktivatörlerin eklenmesinin yüksek iletkenlik fazlı bakırın elektriksel ve termal iletkenliğini etkileyeceğini ve böylece malzemenin termal ve elektriksel iletkenliğini önemli ölçüde azaltacağını ve bunun da yüksek elektriksel ve termal iletkenlik gerektiren mikroelektronik malzemeler için elverişsiz olduğunu belirtmekte fayda var. Bu nedenle, bu yöntemle hazırlanan malzemeler yalnızca elektriksel ve termal iletkenliğin gerekli olmadığı durumlar için uygundur.
Herkes tungsten bakır alaşımlarının derecelerini bilir. Tungsten bakır alaşımlarının tanımlama yönteminden bahsedelim: Tungsten bakır içeriğini biliyorsanız, bunu yoğunluğa göre hesaplayabilirsiniz, bu da kaba bir tanımlamadır. En bilimsel doğrulama, malzemede bulunan elementleri doğru bir şekilde görebilen X-ışını kırınımı analizi yapmaktır.
