ความรู้ด้านอุตสาหกรรมทองแดง: กระบวนการผลิตโลหะผสมทังสเตน-ทองแดง
กระบวนการผลิตโลหะผสมทองแดงทังสเตน:
1. วิธีการแทรกซึมของทองแดงทังสเตนหลอมเหลว
วิธีการแทรกซึมด้วยการหลอมละลายคือการกดผงทังสเตนลงในแท่งโลหะ แล้วเผาล่วงหน้าที่อุณหภูมิหนึ่งเพื่อเตรียมโครงเมทริกซ์ทังสเตนที่มีรูพรุนที่มีความหนาแน่นและความแข็งแรงในระดับหนึ่ง จากนั้นหลอมโลหะทองแดงที่มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าและแทรกซึมเข้าไปในโครงทังสเตนเพื่อให้ได้วัสดุทองแดงทังสเตนที่มีความหนาแน่นมากขึ้น กลไกหลักคือเมื่อเฟสของเหลวโลหะทำให้เมทริกซ์ที่มีรูพรุนเปียก ของเหลวโลหะจะไหลไปตามช่องว่างของอนุภาคภายใต้การกระทำของแรงแคปิลลารีเพื่อเติมเต็มรูพรุนของโครงทังสเตนที่มีรูพรุน จึงได้วัสดุที่มีความหนาแน่นมากขึ้น วิธีนี้สามารถปรับปรุงความเหนียวของวัสดุทองแดงทังสเตนได้ วัสดุผสมทังสเตนทองแดงความหนาแน่นสูงที่เตรียมโดยวิธีการหลอมละลายมีคุณสมบัติการนำความร้อนและไฟฟ้าที่ดี แต่เป็นเรื่องยากสำหรับโครงกระดูกทังสเตนที่จะทำให้รูพรุนทั้งหมดเชื่อมต่อกันและมีขนาดสม่ำเสมอ และยังยากที่จะรับรองความสม่ำเสมอของการกระจายตัวของทองแดงในผลิตภัณฑ์หลังจากการหลอมละลาย ซึ่งย่อมส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติของวัสดุ ด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีการขึ้นรูปผงพลาสติกแบบใกล้เคียงสุทธิและความต้องการที่เพิ่มขึ้นของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสมัยใหม่สำหรับความซับซ้อนของชิ้นส่วนและส่วนประกอบ การเตรียมโครงกระดูกทังสเตนจึงพัฒนาจากการขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ผงโลหะแบบดั้งเดิมแบบเดียวไปจนถึงการขึ้นรูปด้วยการอัดรีดและการขึ้นรูปด้วยการฉีด ตัวอย่างเช่น RM German และบริษัทอื่นๆ ในสหรัฐอเมริกาใช้เทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปเพื่อเตรียมโครงกระดูกทังสเตนและได้ผลลัพธ์ที่ดี พวกเขาเผาโครงกระดูกทังสเตนที่เตรียมไว้ล่วงหน้าที่อุณหภูมิ 900 องศาและหลอมละลายที่อุณหภูมิ 1,500 องศาเป็นเวลา 90~120 นาที โลหะผสมที่ได้มีประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม เนื่องจากวัสดุผสมทังสเตน-ทองแดงที่เตรียมด้วยวิธีนี้มีประสิทธิภาพดีเยี่ยม จึงเป็นที่นิยมใช้กันมากที่สุด อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ยังมีข้อบกพร่องมากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งในความจำเป็นในการตัดเฉือนหลังจากการแทรกซึมเพื่อกำจัดโลหะทองแดงส่วนเกิน ซึ่งทำให้ต้นทุนการตัดเฉือนในภายหลังเพิ่มขึ้น อัตราผลผลิตลดลง และไม่เอื้อต่อการใช้ในชิ้นส่วนที่มีรูปร่างซับซ้อน
2. การเผาผนึกเฟสของเหลวที่อุณหภูมิสูงของทองแดงทังสเตน
การเผาผนึกด้วยเฟสของเหลวอุณหภูมิสูงเป็นวิธีกระบวนการในการเตรียมวัสดุผสมทังสเตน-ทองแดงโดยการผสมผงทังสเตนและผงทองแดงในสัดส่วนที่แน่นอน การกด และการเผาผนึกด้วยเฟสของเหลว วิธีการดั้งเดิมมักจะทำการเผาผนึกด้วยเฟสของเหลวอุณหภูมิสูงที่อุณหภูมิสูงกว่า 300 องศาเหนือจุดหลอมเหลวของทองแดงเพื่อให้ทองแดงมีความหนาแน่น ลักษณะเด่นคือกระบวนการผลิตนั้นง่าย แต่มีข้อเสีย เช่น อุณหภูมิการเผาผนึกที่สูง เวลาในการเผาผนึกที่ยาวนาน การระเหยของทองแดงในปริมาณมาก ประสิทธิภาพการเผาผนึกที่ไม่ดี และความหนาแน่นของการเผาผนึกต่ำ (เพียง 90~95 ของความหนาแน่นเชิงทฤษฎี) ซึ่งไม่สามารถตอบสนองความต้องการการใช้งานได้ ดังนั้น เพื่อปรับปรุงความหนาแน่นของวัสดุ จำเป็นต้องเพิ่มขั้นตอนหลังการประมวลผลที่เกี่ยวข้อง เช่น การกดซ้ำ การกดร้อน การเผาแบบร้อน เป็นต้น หลังจากการเผาผนึกด้วยเฟสของเหลว แต่สิ่งนี้จะเพิ่มความซับซ้อนของกระบวนการและจำกัดการใช้งาน วัสดุทองแดงทังสเตนที่เตรียมโดยวิธีการอัดแน่นด้วยระเบิดโดย AKBhalla18 และคณะมีผลการเผาผนึกในเฟสของเหลวที่อุณหภูมิสูงที่ดี นอกจากนี้ ยังพบว่าในกระบวนการเผาผนึกในเฟสของเหลวที่อุณหภูมิสูง ขนาดอนุภาคของผงทังสเตนและทองแดงยังส่งผลต่อความหนาแน่นของการเผาผนึกของคอมโพสิตทองแดงทังสเตนด้วย ยิ่งผงละเอียดมาก ความหนาแน่นของการเผาผนึกที่ได้ก็จะยิ่งสูงขึ้น
3. ผงทองแดงทังสเตนขนาดละเอียดพิเศษ/ขนาดนาโน และวิธีการทำให้มีความหนาแน่นเกือบเต็มที่ในขั้นตอนเดียว
ผงละเอียดพิเศษ/นาโนมีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมหลายประการ เช่น เม็ดผงละเอียด พื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ อินเทอร์เฟซการสัมผัสขนาดใหญ่ระหว่างผง กิจกรรมพื้นผิวขนาดใหญ่ แรงขับเคลื่อนการเผาผนึกขนาดใหญ่ อุณหภูมิการเผาผนึกต่ำ ความหนาแน่นอย่างรวดเร็ว ความหนาแน่นสูง และประสิทธิภาพที่ดีโดยไม่ต้องเติมตัวกระตุ้นใดๆ ดังนั้น วัสดุคอมโพสิตทังสเตน-ทองแดงที่เตรียมด้วยผงละเอียดพิเศษจึงมีความหนาแน่นสูงมาก การนำความร้อนและไฟฟ้าสูง โครงสร้างจุลภาคที่ละเอียดและสม่ำเสมอมาก และมีข้อได้เปรียบที่ไม่มีใครเทียบได้เหนือวัสดุคอมโพสิตทังสเตน-ทองแดงที่เตรียมโดยวิธีการทั่วไป มีหลายวิธีในการเตรียมผงคอมโพสิตทังสเตน-ทองแดงละเอียดพิเศษ/นาโน เช่น การผสมโลหะผสมเชิงกล (MA) วิธีโซล-เจล (Sol-Ge1) วิธีการสังเคราะห์กระบวนการเชิงกล-เทอร์โมเคมี (Mechano-Thermochemical Process) เป็นต้น
4. การเผาผนึกด้วยเฟสของเหลวที่กระตุ้นด้วยทังสเตน-ทองแดง
การเผาผนึกด้วยเฟสของเหลวที่กระตุ้นแล้วเป็นวิธีการเพิ่มปริมาณเล็กน้อย ({{0}}.1-0.5) ของธาตุโลหะที่สาม เช่น Pd, Ni, Co, Fe เป็นต้น ลงในวัสดุทังสเตน-ทองแดงเพื่อให้เฟสทังสเตนที่ไม่ละลายในทองแดงละลายในเฟสทองแดงและสร้างเฟส 7- ที่มีธาตุโลหะเหล่านี้ในระหว่างกระบวนการเผาผนึกด้วยเฟสของเหลว เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการเผาผนึกด้วยเฟสของเหลวที่อุณหภูมิสูง วิธีนี้ไม่เพียงแต่ช่วยลดอุณหภูมิในการเผาผนึกและลดระยะเวลาในการเผาผนึกเท่านั้น แต่ยังปรับปรุงความหนาแน่นในการเผาผนึกได้อย่างมากอีกด้วย JL Johnsonl1 และคณะได้ศึกษาผลของการกระตุ้นของธาตุทรานซิชัน Pd, Ni, Co และ Fe ต่อการเผาผนึกของวัสดุทังสเตน-ทองแดง การศึกษาแสดงให้เห็นว่า Co และ Fe มีผลการกระตุ้นที่ดีที่สุด ซึ่งสามารถปรับปรุงความหนาแน่นของวัสดุทังสเตน-ทองแดงได้อย่างมีนัยสำคัญ ผลการกระตุ้นของ Ni และ Pd ใน W-Cu นั้นไม่ชัดเจน ซึ่งแย่กว่าในผงทังสเตนบริสุทธิ์ เหตุผลก็คือ Ni, Pd และ Cu ก่อตัวเป็นสารละลายของแข็งที่ไม่มีที่สิ้นสุดและไม่สามารถมีผลการกระตุ้นได้ ในขณะที่ Co, Fe และ Cu ก่อตัวเป็นสารละลายของแข็งที่จำกัดเท่านั้น ในระหว่างกระบวนการเผาผนึก เฟสที่สองที่เกิดจากธาตุรองจะตกตะกอนที่ขอบเกรนและสร้างสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิก ซึ่งส่งเสริมการเพิ่มความหนาแน่นของทังสเตน การศึกษาระบบ W-lOCu ของ JL Johnson และ RMGerman et al. ยังแสดงให้เห็นอีกด้วยว่า เมื่อปริมาณ Co อยู่ที่ 0.35 ประสิทธิภาพของวัสดุหลังจากการเผาผนึกที่อุณหภูมิ 1300 องศาเป็นเวลา 1 ชั่วโมงจะดีมาก การเผาผนึกด้วยเฟสของเหลวที่เพิ่มการกระตุ้นสามารถทำให้วัสดุทองแดงทังสเตนได้รับความหนาแน่นสัมพัทธ์ ความแข็ง ความแข็งแรงในการดัด และคุณสมบัติอื่นๆ ที่สูงขึ้น อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าการเพิ่มตัวกระตุ้นจะส่งผลต่อการนำไฟฟ้าและความร้อนของทองแดงเฟสที่มีการนำไฟฟ้าสูง ส่งผลให้การนำความร้อนและไฟฟ้าของวัสดุลดลงอย่างมาก ซึ่งไม่เป็นผลดีต่อวัสดุไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการการนำไฟฟ้าและความร้อนสูง ดังนั้น วัสดุที่เตรียมด้วยวิธีนี้จึงเหมาะสำหรับโอกาสที่ไม่จำเป็นต้องนำไฟฟ้าและความร้อนเท่านั้น
ทุกคนรู้จักเกรดของโลหะผสมทังสเตนทองแดง มาพูดถึงวิธีการระบุโลหะผสมทังสเตนทองแดงกันดีกว่า: หากคุณทราบปริมาณทองแดงทังสเตน คุณสามารถคำนวณได้จากความหนาแน่น ซึ่งเป็นการระบุแบบคร่าวๆ การตรวจสอบทางวิทยาศาสตร์ที่สุดคือการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ ซึ่งสามารถมองเห็นองค์ประกอบต่างๆ ที่มีอยู่ในวัสดุได้อย่างแม่นยำ
