钨银复合材料因钨与银熔点差异大、互溶性极低,无法采用传统熔铸法,主要依靠粉末冶金技术制备,传统粉末冶金法与熔渗法是主流的钨银复合材料制备工艺。此外,机械合金化和增材制造等先进工艺也在发展中,旨在实现更优的微观结构或复杂形状成形。

1.钨银复合材料的传统粉末冶金制备工艺
钨银复合材料的传统粉末冶金制备工艺成熟度高,适合银含量处于中等水平的复合材料生产,该工艺主要包含以下几个关键步骤。
首先是要选择与准备原料粉末。需要选用高纯度的钨粉和银粉,并对它们的粒度及颗粒形状进行严格控制,这些粉末的基本特性会直接影响烧结后材料的组织均匀性和最终性能。
接下来进行均匀混料。按设计比例将钨粉与银粉进行充分机械混合,确保两种粉末在混合料中实现空间上的均匀分布,避免出现明显的局部成分偏析。
下一步是压制成型。将混合均匀的粉末装入模具,通过冷压施加数百兆帕的压力,压制成具有一定强度的多孔坯体。
随后进行液相烧结。将坯体置于氢气保护或真空环境中烧结,烧结温度一般控制在1000~1300℃之间,即高于银的熔点但低于钨的熔点的温度,在此温度下,银熔化形成液相,依靠毛细作用填充到钨颗粒之间的空隙中,同时,钨颗粒之间发生固相烧结,骨架得到强化,最终使材料达到较高的致密度。
烧结完成后,根据具体使用要求,通常还需要进行后续精整加工,包括机加工、轧制、磨削、线切割或电火花加工等工序,以满足尺寸精度和表面质量的需求。

钨银复合材料的传统粉末冶金制备工艺
2.钨银复合材料的熔渗制备工艺
钨银复合材料的熔渗制备工艺适合用于高钨含量、高致密度构件的生产,是目前高性能电触头的主要制备方法。它的工艺流程大致可以分为以下几步。
第一步是预制钨骨架。将高纯钨粉按设计比例装入模具进行压制成型,然后在低于银熔点的温度下进行预烧结,使钨颗粒之间形成一定的结合强度,同时保留连通的孔隙结构,得到孔隙连通且具有刚性的多孔钨骨架。
第二步是熔渗致密化。将预制好的钨骨架与按计量准备的银坯叠放在一起,置于氢气保护或真空环境中加热至银熔点以上。液态银在毛细管力的作用下自发渗入钨骨架的孔隙中,最终使材料实现近全致密,致密度通常可以达到98%以上。
最后一步是冷却与精加工。熔渗完成后,需要控制冷却速度以减小材料内部应力。随后根据使用要求进行必要的机械加工,如车削、铣削、磨削或电火花加工等,将材料加工至最终所需的形状和尺寸精度。

钨银复合材料的熔渗制备工艺
3.钨银复合材料的其他先进制备工艺
除了传统粉末冶金和熔渗方法外,目前还有一些新型钨银复合材料的制备工艺正在发展,主要目的是优化钨银复合材料的微观结构,或者实现复杂形状零件的成形。其中比较有代表性的方法有两种。
一种是机械合金化。这种方法是将钨粉和银粉一同放入高能球磨机中进行长时间研磨,在强烈的机械撞击和挤压下,粉末颗粒不断被压扁、焊合、再破碎,最终使钨和银在固态下就实现原子级别的密切混合,形成一种颗粒极细、分布极其均匀的复合粉末。这种粉末的结构与传统方法得到的有所不同,为后续的烧结处理奠定了基础。
另一种方法是增材制造技术,也称为3D打印在钨银复合材料中的应用。这种方法通常先采用粘结剂喷射等工艺,直接用钨粉打印出具有复杂三维形状的多孔骨架,然后再通过熔渗工艺,将银熔体导入到这个骨架的孔隙中。这种结合方式为一次性整体制造形状复杂的钨银复合零部件开辟了一条新的技术路径。