钨铜功能梯度材料

钨铜功能梯度材料(FGM)是指一段为具有低膨胀系数的纯钨货高钨合金,而另一端则是纯铜或高铜合金,中间为呈梯度变化的过渡层,这样制成的钨铜梯度材料具有极为特异的功能和良好的应用前景。

钨铜功能梯度材料的发展是由于随着航空航天等领域高技术的发展,对材料的要求更加苛刻。而陶瓷和耐热金属等单一均质材料无法满足如此苛刻的工作条件,必须开发出一种新的材料,以满足航空航天技术发展的要求,钨铜功能梯度材料就是在此背景下提出的。

钨铜功能梯度材料设计的目的是为了获得最佳的材料组成和组成分布,优化其在制备和服役过程中所产生的热应力大小及其分布状况。随着微波半导体功率器件不断小型化、高度集成、高功率的发展而导致的高发热率,现有均质的钨铜复合材料很难满足电子基板在散热性能好合热膨胀系数低两方面的要求,而功能梯度材料被认为是解决这一问题的有效方法。目前,制备钨铜功能梯度材料的方法主要有熔渗法、粉末冶金法,等离子喷涂法,气相沉积法和自蔓延高温燃烧合成法等等。

钨铜功能梯度材料

钨铜梯度复合材料除了有常规钨铜复合材料具有的抗弯强度,导热导电性能外还具有其特殊的抗热震和热疲劳性能。材料承受温度骤变而不被破坏的能力称为抗热震性,而热疲劳性能是指材料在一定温差下经过多次循环而不被破坏的能力。材料的抗热震性和热疲劳性能是其力学性能和热学性能的综合表现。由于梯度功能材料的使用环境比较苛刻,通常在高温、耐热环境下使用,因此,梯度功能材料高温性能是评价其性能的重要手段。

功能梯度材料的设计有别于传统材料的设计方法,它主要是根据使用环境所需要的结构来设计组成分布的。首先要选择合适的材料和恰当的制备方法,再根据材料的物性参数及边界条件进行温度分布和热应力计算。热应力计算的常用方法是解析法和有限元法。为了使制备出的钨铜功能梯度材料具有最佳的性能,同时减小制备的盲目性,在制备梯度材料前,必需先对梯度材料进行合理的热应力缓和设计。