什么是金属发汗材料?

[拼音]：jinshu fahan cailiao

[外文]：metal sweating materials

一种特殊的散热材料，用于制造耐高温的航天器器件和电器开关触点。这种材料用高熔点金属构成多孔的基体，孔隙中渗入低熔点金属；在高温下工作时，低熔点金属蒸发吸热，借以冷却材料的表面。这是依据人体蒸发汗液吸热降低体温的原理设计成的，因而得名。

金属发汗材料出现于20世纪30年代，最先获得应用的是用粉末冶金工艺制成的钨银“假合金”(pseudoal-loy)和钨铜“假合金”；两种金属各以独立、均匀的相存在，不形成合金相，所以被称为假合金。它们是以钨为基体，含有约20～50％的银或铜，用作高电压、大功率的电器开关的触点。在假合金中，存在于钨基毛细孔中的银或铜在高压电弧所产生的高温下液化蒸发，吸收了大量的电弧的能量，降低了电弧区温度，因而这种假合金的烧损量不仅大大低于低熔点金属银、铜触点的烧损量，而且低于熔点最高的金属(钨)的烧损量。当时未用“金属发汗材料”的名称，而称为“假合金”。50年代末，固体燃料火箭的发展，理论燃气温度和压强分别达到3593℃和0.703kgf/mm2，原来用的纯钨的喷管已不能满足这样的使用条件，当时的其他材料也无法满足要求。60年代初，马特(R.E.Matt)和戈策尔(G.Goetzel)等人根据“发汗冷却”的概念重新研究了钨银“假合金”，详细研究了制取工艺对材料性能的影响，以及发汗冷却、抗热震等机理。60年代中期，美国研制出钨银发汗材料（W-10Ag）火箭喷管，装备于“北极星”潜艇的导d中（见图）。其他一些火箭有用钨铜喷管的。某些在温度稍低的条件下使用的部件，也采用了钼铜和钼银发汗材料。

金属发汗材料必须由具有一定强度和耐高温性能的高熔点金属与具有较大熔化、蒸发潜热的低熔点金属组成。两种金属应该既不互相固溶，又不形成金属间化合物，而组成各自独立的均匀两相结构。高熔点金属构成多孔骨架，它的毛细孔是均匀分布和连通的，以便充填低熔点金属。因此，金属发汗材料的性质决定于：两种金属的特性，原始粉末的粒度和形状，骨架的密度和强度，毛细孔的形状、大小和分布状况，毛细孔的体积百分比和低熔点金属含量诸因素。常用的高熔点金属有钨、钼；还可用钍钨(thoriated tungsten)和碳化钨(WC)代替钨作为高熔点组分。低熔点金属除银和铜外，还曾用过银铜合金、锡、铅、锌、镁、Ag-15Μn等。典型的钨银发汗材料(W-10Ag)的性能如下：密度17.1g/cm3;20℃和1093℃温度下的抗拉强度分别为56和21kgf/mm2，0.2%屈服强度分别为42和 16kgf/mm2；室温下的d性模量为29400kgf/mm2；并具有良好的抗高温烧蚀性、抗热震性和可切削加工性。W-10Cu的性能与此类似。

金属发汗材料只能用粉末冶金法制取。主要的工艺流程是：高熔点金属粉末─→压型─→烧结─→熔渗低熔点金属─→切削加工。粉末冶金工艺与旋压纯钨喷管工艺相比，程序简单，材料收得率高。少数高银(或高铜)电触头材料的工艺流程为：两种金属粉末─→混合─→压型─→烧结─→精整或加工。

参考书目

Stephen W.H.Yih & Chun T.Wang，Tungsten:Sources，metallurgy，Properties，and Applications，Plenum Press，New York， 1979.