铜钨伪合金的增材制造
用于电火花腐蚀电极和半导体散热器的液相烧结。
1。简介：火与冰
某些行业需要元素周期表中任何单一元素都无法提供的属性。在高压电气、电火花腐蚀电极 (EDM) 或等离子技术中的隔热罩中，您需要一种能够完美导电和导热的材料（如铜），但同时在 3,000 °C 时不会熔化且极其耐磨（如钨）。
但是铜和钨不能合金化。钨的熔化温度为 3,422 °C，铜的熔化温度为 1,085 °C（蒸发温度为 2,562 °C）。如果你尝试将它们作为液体混合，那么在钨变得粘稠之前，铜早就溶解成气体了。解决方案是铜钨 (CuW) 等伪合金（金属基复合材料 - MMC），现在通过 3D 打印将其变成全新的几何形状。
什么是伪合金？
CuW 不是真正的化学合金（原子不混合）。它是一种复合材料。在显微镜下看起来就像一块由硬钨制成的海绵，其孔隙完全被软铜填充。两种金属都完美地保留了各自的特性。
2。传统制造与 3D 打印
传统上，钨粉被压制成多孔块，在烤箱中烧结，然后浸泡（渗透）在液态铜浴中。结果是由于钨的原因，原始块极难铣削成复杂的散热器。
增材制造（特别是 PBF-LB 和激光金属沉积 LMD）现在可以将这种伪合金直接打印到最终的、高度复杂的最终轮廓中 - 包括半导体的内部冷却通道（散热器）。
3。 PBF-LB：熔化而不蒸发
CuW 粉末混合物的直接激光打印 (PBF) 是纯粹的黑魔法。
- 激光必须熔化钨粉（3,400 °C 以上）。在这种情况发生的几毫秒内，铜粉就会蒸发并产生巨大的羽流和缺陷。
- 解决方案：根本不熔化钨！现代工艺使用精确参数化的激光器，因此它们仅熔化铜（液相烧结）。液态铜像胶水一样在未熔化的固态钨颗粒周围流动，包围它们并凝固。钨没有熔化，而是被液态铜束缚。
4。梯度材料：LMD-p
更令人着迷的是激光粉末沉积焊接 (LMD-p) 用于火箭喷嘴。
火箭喷嘴内部需要 100% 的钨（燃烧地狱之火的地方）。外部（冷却管运行的地方）需要 100% 铜。使用具有两个粉末输送机的 LMD 系统，可以连续打印组件：从纯钨开始，逐层添加更多铜粉，最后使用纯铜。结果是没有焊缝的无缝火箭喷嘴 - 所谓的功能梯度材料（FGM）。
5。结论：半导体和超高速
铜钨是一种昂贵的利基材料。但只要高压开关中出现电弧、半导体芯片 (IGBT) 必须散发大量热量或军用轨道炮发射，CuW 就别无选择。通过 3D 打印为这种实际上“无法加工”的复合材料提供内部流动通道的可能性超越了以前的热管理限制。