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金属学报 2021年第8期57卷 1009-1016页

作者：韩颖王宏双曹云东安跃军谈国旗李述军刘增乾张哲峰沈阳工业大学电气工程学院沈阳110870 中国科学院金属研究所沈阳110016

采用熔渗法制备了具有微观定向w片层骨架结构cu-w复合材料,对其力学和电学性能进行了研究,并与商用cu-w复合材料进行了对比。结果表明,w含量(质量分数)为50%~90%时,具有微观定向结构的cu-w复合材料的压缩强度在300~1100 MPa之间。压缩... 详细信息

采用熔渗法制备了具有微观定向w片层骨架结构cu-w复合材料,对其力学和电学性能进行了研究,并与商用cu-w复合材料进行了对比。结果表明,w含量(质量分数)为50%~90%时,具有微观定向结构的cu-w复合材料的压缩强度在300~1100 MPa之间。压缩强度呈现出明显的各向异性,沿平行于w片层方向的强度高于垂直于w片层方向的强度。与商用cu-w复合材料相比,具有微观定向结构的cu-w复合材料在沿片层方向呈现出更高的导电特性和压缩强度,这主要与复合材料中cu、w两相的微观定向规则排列有关。该复合材料有望用作电触头材料以显著提高其使用效果,延长使用寿命,减轻构件质量并降低能源损耗。

关键词： cu-w复合材料微观定向结构力学性能电学性能

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微观定向骨架结构cu-w复合材料触头的抗动熔焊性能

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高电压技术 2023年第12期49卷 5011-5021页

作者：韩颖王楠吴世齐彭世东侯春光安跃军沈阳工业大学特种电机与高压电器教育部重点实验室沈阳110870

触头闭合过程中回跳电弧的侵蚀会增加触头熔焊概率,甚至严重缩短接触器的使用寿命。为设计新型性能优良电接触材料,提高触头抗熔焊性能,首先设计了四边形、六边形、菱形十二面体3种微观定向骨架结构的cu-w复合材料触头。然后基于磁流体... 详细信息

触头闭合过程中回跳电弧的侵蚀会增加触头熔焊概率,甚至严重缩短接触器的使用寿命。为设计新型性能优良电接触材料,提高触头抗熔焊性能,首先设计了四边形、六边形、菱形十二面体3种微观定向骨架结构的cu-w复合材料触头。然后基于磁流体动力学模型考虑电弧与阳极的能量传递建立了3维触头熔池模型,研究了触头阳极受电弧热力侵蚀过程,分析了触头表面的温度分布、熔池形貌,并进行了熔焊力预计。结果显示:微观定向骨架结构cu-w复合材料触头受电弧侵蚀后,温度更低,形成的熔池体积更小,触头形变更小,与无序分布cu-w复合材料触头相比展现出更好的抗电弧侵蚀能力。仿真与实验均表明,微观定向w骨架结构能够提升触头的导电、导热性能,降低强度,从而增强cu-w复合材料触头的抗动熔焊性能。

关键词：回跳电弧 cu-w复合材料微观骨架结构电弧侵蚀抗动熔焊

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基于微观定向骨架结构cu-w复合材料电触头静熔焊性能研究

基于微观定向骨架结构Cu-W复合材料电触头静熔焊性能研究

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作者：秦杰沈阳工业大学

学位级别：硕士

直流继电器的触头稳定吸合时,在短时耐受电流的作用下触头会发生熔化粘连,导致继电器接触失效,在满足导电性能与机械性能要求的前提下,提高电接触材料的导热能力可以有效地抑制电触头的熔焊侵蚀,选择接触电阻低而稳定的电接触材料是抑... 详细信息

直流继电器的触头稳定吸合时,在短时耐受电流的作用下触头会发生熔化粘连,导致继电器接触失效,在满足导电性能与机械性能要求的前提下,提高电接触材料的导热能力可以有效地抑制电触头的熔焊侵蚀,选择接触电阻低而稳定的电接触材料是抑制静熔焊侵蚀的有效方式之一。电接触材料的三维空间相互连通的微观结构直接关系到其导热能力与抗熔焊性能,本文针对大功率直流继电器电触头的微观结构对其静熔焊性能的影响进行深入研究。本文基于结构仿生理论,结合蜻蜓翅脉的特点,设计了四边形、六边形、菱形十二面体三种微观定向骨架结构的cu-w复合材料电触头,研究复合电触头的微观结构对其导热性能的影响,并与无序骨架结构的cu-w复合材料电触头进行对比。采用有限元法仿真计算几种不同微观结构电触头在同一时刻下的温度、传导热通量以及导热系数,结果表明:菱形十二面体骨架结构电触头的导热性能最好,其次分别为四边形、六边形以及无序分布骨架结构电触头,微观定向w骨架结构可以有效地改善cu-w复合电触头的导热能力。基于流体力学理论,考虑马兰戈尼效应的作用,分析不同微观结构cu-w复合电触头的熔池特性,由于cu、w两相材料规则的排列分布,具有微观定向w骨架结构的电触头静熔焊侵蚀的范围明显减小,金属液体体积与熔化面积由小到大依次为菱形十二面体＜四边形＜六边形＜无序分布骨架结构电触头,微观定向w骨架结构可以明显地降低cu-w复合电触头的静熔焊侵蚀,并且菱形十二面体骨架复合电触头的抗静熔焊性最优,其次是四边形和六边形骨架结构电触头。通过触头开断实验提取电压电流参数,计算不同微观结构电触头的接触电阻,与菱形十二面体骨架结构电触头相比,无序分布结构电触头的接触电阻更大,微观定向骨架结构电触头具有更低而稳定的接触电阻,验证了仿真结果的正确性,探究触头闭合速度对接触电阻的影响,试验结果表明:随着闭合速度的增大,接触电阻逐渐减小。

关键词： cu-w复合材料微观定向结构静熔焊接触电阻熔化相变

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不同w含量cu-w复合材料的微观组织及性能研究

不同W含量Cu-W复合材料的微观组织及性能研究

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作者：王琪河南科技大学

学位级别：硕士

cu-w复合材料结合cu和w的各自特性,保持高导电性和导热性的同时,高温下的稳定性大幅提高,在航空航天、军事工业和聚变反应堆等应用领域发挥着不可替代的作用。随着对cu-w复合材料服役工况越来越苛刻,一些高精尖领域对cu-w复合材料的综... 详细信息

cu-w复合材料结合cu和w的各自特性,保持高导电性和导热性的同时,高温下的稳定性大幅提高,在航空航天、军事工业和聚变反应堆等应用领域发挥着不可替代的作用。随着对cu-w复合材料服役工况越来越苛刻,一些高精尖领域对cu-w复合材料的综合性能提出了更高要求。使用纳米cu-w复合粉末制备的超细晶和纳米晶cu-w复合材料具有更细小、更均匀的微观组织,从而表现出优异的性能而备受关注。围绕cu-w复合粉末的制备、烧结致密化及微观结构对性能的影响成为现如今研究的难点和重点。本文采用喷雾干燥法制备不同w含量cu-w复合粉体,通过放电等离子烧结(SPS)和热等静压(HIP)成型。对不同w含量cu-w复合材料微观组织进行观察,对物理力学性能进行测试,探究不同w含量对cu-w复合材料组织和性能的影响。采用机械法制备cu-10w复合材料,对其微观组织和物理力学性能进行分析,并与喷雾法制备的cu-10w复合材料进行组织和性能对比。研究结果如下:以硝酸铜和偏钨酸铵为原料,通过喷雾干燥-煅烧-两段氢还原工艺制备出具有纳米w颗粒包覆cu结构的cu-(0、5、10、20、30)wt.%w复合粉体。随着w含量的增加,cu颗粒的尺寸逐渐减小,cu-5w、cu-10w、cu-20w和cu-30w复合粉末的平均粒径(D50)分别为11.875μm、9.309μm、8.440μm和6.290μm,与纯cu(15.648μm)相比分别降低了24.11%、40.51%、46.06%和59.80%。这表明w包覆cu结构可以抑制铜颗粒的聚集和长大。SPS烧结cu-5w、cu-10w、cu-20w和cu-30w复合材料的平均晶粒尺寸分别为0.76μm、0.71μm、0.57μm和0.49μm,与纯cu(1.84μm)相比,分别降低了142.11%、159.15%、222.81%和275.51%。这一结果表明,在铜中添加少量w纳米颗粒可以显著抑制晶粒生长并导致晶粒细化。添加w纳米颗粒能够显著提升cu-w复合材料的强度,但会降低塑性。HIP烧结cu-w复合材料由于在高温高压下受等静压力作用,内部缺陷更少,cu基体与w颗粒的良好结合使得整体性能优于SPS烧结试样。随着w含量的增加,cu-w复合材料的极限抗拉强度先增加后降低,而延伸率逐渐下降。HIP烧结cu-10w、cu-20w和cu-30w复合材料的极限抗拉强度分别为330 MPa、380 MPa和215 MPa,分别是HIP烧结纯cu(175 MPa)的1.89、2.17和1.24倍;与SPS烧结试样相比,分别提高6.45%、33.33%和48.28%。HIP烧结纯cu由于晶粒粗大室温抗拉强度与SPS烧结纯cu相比降低了7.895%,但在高温高压下受等静压力作用内部缺陷显著消除,延伸率与SPS烧结纯cu提高了215.57%。HIP烧结cu-10w、cu-20w和cu-30w复合材料的室温压缩屈服强度分别为290.46 MPa、303.71 MPa和363.97 MPa,分别是HIP烧结纯cu(42.03 MPa)的6.91、7.23和8.66倍;与SPS烧结试样相比,分别提高2.09%、6.49%和22.55%。cu-w复合材料的流变应力随着变形温度的升高先增大到最大值,然后逐渐减小。添加纳米w颗粒可以提高cu-w复合材料的高温稳定性。当变形温度为700℃时,HIP烧结cu-10w、cu-20w和cu-30w复合材料的峰值应力为53.54MPa、106.34 MPa和135.2 MPa,与纯cu(36.1 MPa)相比,峰值应力百分比增量为48.31%、194.57%和274.51%。纳米w颗粒在cu基体中的均匀分布阻碍了位错运动,钉扎晶界抑制变形过程中再结晶晶粒长大,进而提高了cu-w复合材料的抗压屈服强度。具有w包覆cu结构的cu-w复合粉体在烧结过程中能有效抑制晶粒长大,采用喷雾法制备的复合材料晶粒更加细小致密。因此喷雾法SPS和HIP烧结的cu-10w复合材料整体性能优于机械混料法。

关键词：喷雾干燥法纳米复合粉体 SPS烧结 HIP烧结 cu-w复合材料高温力学性能

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微观定向结构cu-w复合材料触头弹跳特性分析

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电器与能效管理技术 2023年第8期 1-9,40页

作者：韩颖黄镡刘东睿侯春光沈阳工业大学电器新技术与应用研究所辽宁沈阳110870

以商用无序结构cu-w触头及3种微观定向结构cu-w复合材料触头为研究对象,建立接触器触头弹跳动力学模型、电磁模型以及触头力学模型,实现接触器机电磁多物理场耦合仿真分析,研究3种微观定向结构和商用无序结构cu-w触头承受载荷后的应力... 详细信息

以商用无序结构cu-w触头及3种微观定向结构cu-w复合材料触头为研究对象,建立接触器触头弹跳动力学模型、电磁模型以及触头力学模型,实现接触器机电磁多物理场耦合仿真分析,研究3种微观定向结构和商用无序结构cu-w触头承受载荷后的应力、应变差异,以及对触头弹跳的影响。最后,通过试验验证,发现微观定向结构触头的弹跳幅值更小,弹跳时间更短。结果表明微观定向结构cu-w复合材料触头对比商用无序结构cu-w触头具有良好的抗弹跳特性,其中菱形十二面体骨架结构cu-w触头抗弹跳特性最优。

关键词： cu-w复合材料微观定向接触器触头弹跳

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新工艺制备的cu—w复合材料

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甘肃电器技术 1997年第2期 13-18页

作者：冯志龙天水长城电工合金材料厂

简要介绍了近年来国内外关于Ｃｕ－Ｗ复合材料的工艺进展及材料试验结果分析情况。

关键词： cu-w复合材料复合材料新工艺

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三维互穿结构cu-w触头抗熔焊机理

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高电压技术 2024年第2期50卷 515-525页

作者：韩颖吴世齐宋博文安辉齐丽君陆艳君沈阳工业大学特种电机与高压电器教育部重点实验室沈阳110870 沈阳中北真空技术有限公司沈阳110167 沈阳芯源微电子设备股份有限公司沈阳110168

触头闭合回跳电弧引起的开关电器动熔焊问题,直接影响大功率接触器的电寿命和可靠性。为此设计了2种三维互穿有序结构的四边形和菱形十二面体的cu-w复合材料触头,围绕触头动熔焊过程中的电弧、熔池、液滴溅射及凝固相变降温等问题,建立... 详细信息

触头闭合回跳电弧引起的开关电器动熔焊问题,直接影响大功率接触器的电寿命和可靠性。为此设计了2种三维互穿有序结构的四边形和菱形十二面体的cu-w复合材料触头,围绕触头动熔焊过程中的电弧、熔池、液滴溅射及凝固相变降温等问题,建立触头熔池流体动力学模型和冷凝降温数学模型,研究了2种有序结构和商用无序结构的触头阳极在闭合回跳电弧作用下熔化温度分布、熔池喷溅形貌和接触区域金属凝固过程,通过模拟熔焊实验平台进行了熔焊力验证。结果表明,通过调节三维互穿有序w骨架结构,能够有效抑制熔池扩散和液态金属喷溅,并降低熔焊力,从而提高cu-w复合材料的抗熔焊性能。

关键词：三维互穿结构 cu-w复合材料熔化喷溅熔池凝固熔焊力

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