在钨铜（W-Cu）复合材料的定向烧结过程中使用氧化锆涂层的主要目的是作为非润湿性流动屏障。通过将这种涂层应用于钨骨架的侧壁，制造商可以阻止熔融铜沿着外表面快速上升，迫使其穿过内部结构。
利用氧化锆的非润湿性，涂层可以防止熔融铜封闭外壁上的气体逸出通道。这确保了铜单向烧结骨架，有效消除了气体夹杂，并生产出致密、均匀的复合材料。
优化烧结机制
控制最小阻力路径
在标准的烧结过程中，熔融铜会自然地寻找最容易的流动路径。如果没有干预，它倾向于沿着钨骨架光滑的外壁快速流动。
过早封闭的问题
当铜过快地覆盖外壁时，它会有效地在多孔骨架周围形成密封。在内部完全饱和之前，这会产生“密闭容器”效应。
气体夹杂的风险
一旦外壳被液态铜封闭，留在钨骨架内的任何空气或气体都会被困住。这会导致孔隙和气体夹杂，从而损害最终复合材料的机械完整性和导热性。
氧化锆的具体功能
利用非润湿性
选择氧化锆是因为它对熔融铜具有“非润湿性”。这意味着液态铜会从涂层表面弹开，而不是附着或流过它。
强制单向流动
通过用氧化锆涂覆侧壁，工艺工程师有效地阻止了铜沿着外部垂直流动。这使得内部孔隙网络成为液体唯一可行的路径。
引导均匀渗透
由于外部路径被阻塞，压力迫使铜逐渐穿过钨骨架。这导致了均匀、单向的渗透，将气体推到前进的铜流前面。
操作考虑和权衡
应用精度
该工艺的有效性完全取决于涂层的精确应用。如果氧化锆没有完全覆盖预期的侧壁，铜将绕过屏障，缺陷预防机制将失效。
工艺复杂性
使用氧化锆为制造流程增加了一个消耗性步骤。它需要对烧结前的钨骨架进行仔细准备，如果未标准化，会增加生产时间和潜在的变异性。
表面相互作用
虽然氧化锆可以防止润湿，但它必须具有足够的化学稳定性，以承受烧结温度而不会污染W-Cu复合材料。它纯粹是一个引导工具，而不是最终零件的结构组成部分。
确保W-Cu复合材料的质量
为了最大化复合材料的密度和性能，请考虑如何引导金属流。
- 如果您的主要重点是消除孔隙：将氧化锆严格涂覆在侧壁上，以在烧结的最后一刻将顶面保持开放作为气体排出口。
- 如果您的主要重点是结构均匀性：使用涂层迫使铜穿过骨架的最长可能路径，确保填充所有内部孔隙。
控制流动路径，就能控制材料的质量。
总结表：
| 特性 | 氧化锆在W-Cu烧结中的功能 |
|---|---|
| 材料特性 | 对熔融铜非润湿性 |
| 主要作用 | 作为侧壁上的垂直流动屏障 |
| 机制 | 将熔融金属从外部重定向到内部孔隙 |
| 主要优点 | 消除气体夹杂和孔隙 |
| 所得质量 | 高密度和单向渗透 |
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参考文献
- Jiří Matějíček. Preparation of W-Cu composites by infiltration of W skeletons – review. DOI: 10.37904/metal.2021.4248
本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .
