钨铜合金电触头材料的最新研究进展

钨铜合金电触头材料的最新研究进展
宫鑫;任帅;李黎
【摘要】钨铜合金因其导电导热性好、密度大、强度硬度高、耐电弧烧蚀性能优异,被广泛用作高压电器的触头材料.鉴于电力工业的不断发展对触头材料性能提出的更高要求,综述了提高钨铜电触头性能多种途径的最新研究进展;介绍了电弧对钨铜触头的烧蚀过程与机理;总结了现阶段混合式和包覆式钨铜复合粉末的制备方法.概述钨铜合金触头传统和新型制备工艺的研究进展,提出功能梯度材料和细晶/纳米材料是钨铜合金的发展趋势.介绍添加稀土元素、硬质颗粒、活化剂元素对钨铜触头进行掺杂改性的方法,并列举影响钨铜合金性能的其他因素;最后分析钨铜合金电触头材料的研究热点和存在问题.
【期刊名称】《广东电力》
【年(卷),期】2019(032)005
【总页数】12页(P87-98)
【关键词】钨铜电触头;电弧烧蚀;制备工艺;掺杂改性;综述
【作者】宫鑫;任帅;李黎
【作者单位】强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学),湖北武汉430074;强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学),湖北武汉 430074;强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学),湖北武汉 430074
【正文语种】中文
【中图分类】TM241
钨铜合金出现之后即用于高压开关电器的电触头材料，如今在真空、压缩空气、SF6、N2等不同气氛的交直流开关和断路器中，钨铜触头材料占有很大份额[1-2]。

钨铜合金在其他学科领域的应用也十分广泛，被用作电阻焊和电加工电极、电子封装和靶材、破甲弹的药性罩、飞机喉衬和燃气舵、飞行器喷嘴等[3]。

在电接触领域，触头材料的性能基本上决定了高压开关的发展趋势。

对材料性能的基本要求有：导电导热性好、耐压值高、分断电流能力强、截流值低[4]、耐电弧
烧蚀、抗材料转移能力强、抗熔焊性能优良[5]，以及接触电阻低而稳定、温升低、耐环境性[6]等。

钨铜合金是由钨与铜组成的既不互溶又不形成金属间化合物的假合金(pseudo-alloy)[7]，正是这种组合使得钨铜合金同时具有钨和铜的多种优良性能[8]。

并且
在高温电弧的作用下，铜蒸发会带走大量热量，冷却钨骨架，降低电子发射程度。

钨铜合金开断性能良好，尤其适合作为高压、超高压开关电器的触头。

钨铜复合粉末和复合材料的制备工艺及其改性技术在很大程度上影响了钨铜触头材料的耐电弧烧蚀等性能。

本文在介绍钨铜触头电弧烧蚀过程的基础上，总结分析了混合式和包覆式钨铜复合粉末以及传统和新型钨铜合金制备工艺的最新研究进展；介绍了掺杂对钨铜触头进行改性的实现途径；简述了钨铜配比、表面粗糙度、钨铜间互溶性等其他因素对合金性能的影响；最后指出钨铜合金研究中的热点和存在问题，旨在为钨铜触头的进一步发展提供实际有效的参考。

1 电弧对钨铜触头的烧蚀
电触头是高压开关电器的关键部件，在开关闭合瞬间，触头间隙产生温度高、能量大的电弧，烧蚀触头表面。

电弧烧蚀经历3个过程：首先是表面已有的附着物与
低熔点铜的挥发与溅射，其次是铜的熔化飞溅与冷却凝固达到动态平衡，最后是表面凹凸不平和钨骨架的强烈烧蚀。

因此，要求钨铜合金具有优异的综合性能，尤其
是耐电弧烧蚀，以延长材料的使用寿命[9]。

相比于其他触头材料，钨铜合金具有更优异的综合性能。

Renjie Lin等人于2018
年[10]选择9种常用的触头材料(CuCr10、CuCr20、CuCr30、CuCr40、CuCr50、WCu10、WCu20、WCu30和CuW-WC)，进行了纵向磁场(axial magnetic field，AMF)电极的真空电弧击穿试验。

根据电弧外观、阴阳极表面形态等因素证实了钨铜合金比铜铬合金具有更好的耐电弧烧蚀性能。

Renjie Lin等人又对7种材料(CuCr10、CuCr25、CuCr30、CuCr40、WCu10、WCu30和CuW-WC)进行了触发真空电弧烧蚀试验[11]。

通过对比发现，钨铜合金的电弧在表面上分布最均匀，有许多明亮的阴极斑点；从触发到电弧稳定燃烧阶段，WCu10阴极斑点的径向扩散速度最低，仅为CuCr10的25%；钨铜合金也具有良好的耐熔性。

因此，
当开关通流较大时，电弧较易扩散到合金的整个表面，WCu10是具有良好烧蚀性能的优选材料。

2 钨铜复合粉末制备工艺
钨的熔点(3 410 ℃)比铜的沸点(2 595 ℃)还要高很多，工业上主要采用粉末冶金
而非直接高温熔炼制备钨铜合金，因此钨铜复合粉末制备是一个关键技术。

根据粉末粒子间不同的复合方式，分为混合式和包覆式粉末两种类型。

2.1 混合式复合粉末制备
混合式复合粉末一般通过物理法制备，借助重力或机械力等对粉末进行剪切、对流、扩散等作用，使一种粒子均匀掺杂于另一种粒子内部，从而形成复合体[12]。

2.1.1 机械合金化法
机械合金化是利用高能球磨技术，经过反复的破碎、冷焊过程，使不同成分的粉末达到均匀分布和极度细化的效果，该技术已经成为制备钨铜粉末使用最多的一种有效方法[13]。

高翔等人于2015年[14]采用热机械合金化法制备了纳米晶钨铜复合
粉末，球磨30 h后，钨晶粒尺寸为41 nm，还原、烧结所得合金的相对密度在
97%以上，组织均匀。

但是粉末中仍然存在钨的氧化物，有待进一步研究还原工艺。

Sung-Soo Ryu等人在2017年[15]研究了研磨时间对合成钨铜复合粉末的影响。

研磨WO3-CuO粉末1 h后获得的粉末形成了钨纳米颗粒附着的铜微粒，研
磨10 h后形成了有铜包覆层的钨纳米颗粒，后者在1 100 ℃下烧结的样品达到了完全致密化的效果。

2.1.2 共还原法
共还原法是将钨铜氧化物或盐类混合物简单球磨，或采用盐的混合溶液获得钨铜化合物，最后通过氢气还原得到超细或纳米晶的复合粉末[16]。

Ata Dolatmoradi
等人于2013年[17]将WO3-CuO与镁反应研磨，通过原位共还原氧化物法形成
了W-Cu-MgO，然后消除不需要的副产物MgO来制备钨铜纳米复合材料。

最终获得的微晶尺寸钨为23 nm、铜为37 nm，粉末粒度在40～500 nm范围内。

刘舒等人于2014年[18]以钨酸钠、硝酸铜为原料，采用水热合成-共还原法制备了
钨铜复合粉末，粒径尺寸约70 nm。

再通过真空热压烧结工艺得到钨、铜紧密结
合的合金；在不同的热处理温度下，致密度、电导率、硬度最高可分别达到
99.2%、46.5% IACS、285 HB。

2.1.3 机械-热化学法
机械-热化学法制备混合式钨铜粉末的流程如图1所示。

Ardestani等人在2009
年[19]采用该方法制备了WCu30粉末，首先将氨水加入偏钨酸铵和硝酸铜的前驱体溶液中，加热得到初始沉淀；然后将干燥的沉淀物在空气中煅烧，最后氢气还原。

在1 150 ℃的烧结温度下，样品相对密度超过了98%，同时具有良好的导电性和
较高的硬度。

图1 机械-热化学法制备钨铜复合粉末流程Fig.1 Process of W-Cu composite powders prepared by mechanical-thermochemical method
除了机械合金化法、共还原法、机械-热化学法外，混合式粉末的先进制备方法还
有机械合金化和共还原相结合的方法[20]、热气流雾化法[21]等。

2.2 包覆式复合粉末制备
包覆式复合粉末具有特殊的核壳结构，其制备原理是：在核体表面引入一种或多种其余组分的物质，形成具有一定厚度的单层膜或吸附层结。

鉴于包覆式钨铜复合粉末具有特殊的钨铜表面结合和良好的分散均匀性，该方面的研究较多。

Lianmeng Zhang等人在2014年[22]以镀铜钨粉为原料，扫描电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)结果如图2所示，采用低温热压烧结法制备了具有铜网结构、钨分布均匀、钨铜界面接触良好、导热性能好、相对密度为98.4%的WCu20合金。

作者认为，合金的低温致密化是由于铜包钨颗粒的烧结方式只涉及Cu-Cu，而不是传统混合式粉末颗粒需要的Cu-W和Cu-Cu的烧结。

图中(a)、(b)、(c)、(d)分别为原钨粉、铜包覆钨粉、铜包钨粉切片、铜包覆能谱分析
图2 SEM结果Fig.2 SEM images
2.2.1 溶胶凝胶法
溶胶凝胶法常用于粉末的包覆改性，其工艺过程是：首先将改性剂前驱物溶解形成均匀溶液，其中的溶质与溶剂经水解或醇解反应得到改性剂溶胶；再将被包覆颗粒与溶胶均匀混合，使颗粒均匀分散于溶胶中，溶胶经处理转变为凝胶；最后高温煅烧凝胶得到外表面包覆有改性剂的粉末[23]。

赵明等人[24]于2011年以偏钨酸铵和硝酸铜为原料、柠檬酸为络合剂，采用溶胶凝胶法制备了钨铜复合粉末。

铜通过氧与钨键合，削弱W—O—W键，使钨铜复合氧化物还原性增强，最终所得钨铜粉末粒度为100 nm，铜均匀包覆在钨颗粒表面。

2.2.2 化学镀法
作为金属粉末表面包覆应用较多的一种方法，化学镀是利用金属催化的作用和氧化
还原反应的原理，在无外部电流的情况下，使用强还原剂将被镀金属离子还原成金属或其氧化物，沉积在颗粒表面，从而形成包覆层的一种方法[25]。

林涛等人在2014年[26]采用化学镀法制备了铜包钨粉末，粉末表面的镀层均匀、致密、连续。

还通过前处理工艺、络合剂、还原剂、溶液pH值和温度等参数研究了镀层性能。

除溶胶凝胶法、化学镀法外，常见的包覆式粉末的制备方法还有化学气相沉积法、沉淀法[25]、电沉积法[27]、氮化-脱氮法[28]等。

2.3 两种复合粉末对比
为比较混合式和包覆式粉末所制钨铜合金电触头多项性能的差异，Wenge Chen
等人在2017年[29]分别使用混合铜钨(M-Cu-W)和铜包钨(Cu@W)两种粉末制备
了WCu30合金，表1所列为二者的对比项。

由表1可知，Cu@W粉末所制触头的多项物理性能和耐电弧烧蚀性能均优于M-Cu-W粉末制备的触头。

Wenge Chen随后进行了200次电弧击穿试验，发现M-Cu-W所制触头的质量
损失是Cu@W粉末的2倍多。

作者提出了后者所制钨铜合金的电弧击穿机制：均匀Cu-Cu网格结构的形成可分散电弧能量，同时耗散热量，延长了触头的使用寿命。

然而，铜包钨粉末也存在制备相对困难、工艺流程复杂、成本较高等问题，故两种复合粉末在实际工业制备中均占有一定的比例。

3 钨铜复合材料制备工艺
钨铜触头材料应用广泛，为满足其多方面的性能要求，对应的制备工艺也层出不穷。

传统的制备技术发展至今已较为成熟，并有一系列工艺上的改进；而新型制备方法也不断涌现，并以其在不同方面的优势逐渐被实际工业化制备所采用。

表1 两种复合粉末对WCu30触头各项性能的影响Tab.1 Influence of two kinds of composite powders on properties of WCu30contact粉末类型触头性能相
对密度/%电导率/%IACS热导率/(W·m-1·K-1)维氏硬度/HV合金微观结构电弧烧
蚀形貌**********.4234238无裂纹,钨和铜网络结构均匀铜相蒸发M-Cu-
W98.050.2210213铜偏析尺寸约40～100 μm铜相溅射
3.1 钨铜合金触头传统制备工艺
3.1.1 熔渗法
熔渗法是工业化生产钨铜合金普遍采用的制备方法，它将纯钨粉或掺入铜粉的混合粉压制成坯后，高温烧结形成内部连通的钨骨架，然后在外加压力下使熔化的铜渗入钨骨架孔隙中，一般可形成较为致密的钨铜合金[30]。

熔渗法工艺过程的重点是控制钨骨架通孔的分布及大小[31]。

根据压坯中是否含铜，可分为两种工艺：一种是将纯钨粉压制烧结成钨骨架，称为烧骨架法；另一种是先混合钨粉与少量诱导铜粉并压坯，称为混粉法[21]。

王新刚等人在2015年[32]依据上述两种工艺分别制备了WCu30合金触头。

烧骨架法制备的合金形成连续网状钨骨架，组织均匀；混粉法制备合金组织不均匀，存在长条状铜聚集体。

最后通过真空电击穿试验发现，烧骨架法所制触头的烧蚀方式以铜的蒸发气化为主，而混粉法触头以铜的喷溅为主，耐电弧烧蚀性能相对较差。

熔渗法的制备工艺也在不断的发展更新中。

李倩于2014年[33]采用了超重力熔渗技术，在超重力场中将燃烧合成与快速凝固技术结合以实现钨、铜的快速熔融与快速凝固。

所制钨铜合金的成分和组织沿超重力方向梯度分布，如图3所示。

热导
率接近理论值270 W·m-1·K-1，相对密度大于98%，作为过渡层可降低工作应力。

图3 钨铜合金全景显微组织图Fig.3 Panoramic microstructure of W-Cu alloy
为提高钨的可加工性，Jiten Das等人[34]对部分烧结钨进行了液态铜的熔渗试验。

首先用冷等静压法制备钨初始骨架，然后烧结到85%的理论密度，以留有足够数
量的开放通道被后续的液态铜填充，得到具有合理强度和理想可加工性的钨铜复合材料，一些样品的相对密度高达99%。

然而，熔渗法也有诸多不足之处，比如：钨骨架的孔隙连通性较难保证，使熔渗的
铜分布不均；熔渗后的富铜表皮需要后处理，增加成本的同时也给制造形状复杂的零部件增加了难度[35]。

3.1.2 金属注射成型
金属注射成型(metal injection molding，MIM)又称粉末注射成型、金属塑性成型，是将塑料注射的成型效率与粉末冶金加工金属的能力相结合的一种近净形生产技术。

MIM制备钨铜合金有两种方法：一是注射成型后直接烧结钨铜混合粉末[36]；二是注射成型钨坯，然后将其浸入熔融的铜中烧结[37]。

MIM制备流程如
图4所示，一般分为4个步骤：①钨、铜粉末与粘结剂均匀混合；②注射成型；
③脱去粘结剂；④烧结。

图4 金属注射成型的4个步骤Fig.4 Four steps of metal injection molding ChengJigui等人在2010年[36]使用4种粘结剂，通过金属注射成型技术制备了WCu20粉末。

粉末具有均匀的组织，直径8.5 mm的钨铜球的最大抗压强度达到了58 kN。

当烧结温度从1 050 ℃提高到1 150 ℃时，样品的相对密度从理论的87.37%增加到95.58%。

P.W.Ho等人于2008年[38]使用金属粉末注射成型和液相浸润相结合的工艺制备了钨铜复合材料，其电阻率仅为4.35×10-8Ω·m，抗热
震性能好，可适应电弧烧蚀的极端工作状况，维氏硬度达247 HV。

另外，钨铜合金触头的其他传统制备工艺还有很多，例如高温液相烧结法、活化液相烧结法[3]、微波烧结法、等离子体烧结法、热压烧结法[18]、添加纳米粒子法、网络骨架预烧结法[39]等。

3.2 钨铜合金触头新型制备工艺
3.2.1 功能梯度钨铜触头制备
功能梯度材料(functionally gradient material，FGM)是指通过连续(或准连续)地改变两种材料的结构、组成等，使材料内部界面减少乃至消失，最终得到相应于结构、组成的变化而性能渐变的新型非均质复合材料。

构成FGM的显微结构不仅连
续分布，而且也应是可控的[40]。

A.K.Chaubey等人在2018年[41]采用放电等离子烧结(spark plasma sintering，SPS)工艺制备了7层钨铜FGM，其层间界面清晰可见，各层组织良好，梯度结构较为致密。

在1 050 ℃的烧结温度下，样品有着优良的机械和物理性能，维氏硬
度为(239±5) HV，相对密度为90.5%。

陈文革等人在2010年[42]采用梯度烧结
法连接了钨铜合金，发现与传统的连接方式相比，梯度烧结试样的电导率提高了25%，界面的抗拉强度提高了15%～30%。

刘彬彬等人在2008年[43]利用多坯
料挤压法和热压固相烧结法得到了近全致密的钨铜梯度材料，层间界面位置清晰，各层中形成了铜的网络结构，钨镶嵌于铜网中。

封接层、中间层、散热层的相对密度分别为98.3%、99.3%和99.9%，洛氏硬度分别为91.3 HRB、93.6 HRB和74.0 HRB。

3.2.2 细晶/纳米钨铜触头制备
细晶/纳米钨铜合金触头因具有十分优异的烧结性能和材料综合性能，其机理研究
与制备技术成为当今的热点之一。

a)细晶钨铜触头具有分散电弧的能力。

高红梅于2017年[44]通过高压电弧烧蚀试验，发现细晶触头相对粗晶的首击穿烧蚀面积大，击穿坑多而浅；100次击穿后，细晶触头散热快、烧蚀缓和，而粗晶的烧蚀在铜相进行、烧蚀严重。

对此，作者总结出细晶钨铜触头耐电弧烧蚀的机理：①细晶合金的铜相细小，电弧均匀分散在表面；②细晶合金中的铜可嵌入致密的钨骨架，多次击穿后表面仍较平整；③细晶晶界的功函数低，降低了阴极表面温度和材料蒸发。

马窦琴在2016年[45]制备细晶钨铜触头，在直流阻性负载条件下探讨了电弧烧蚀的机制。

发现细小均匀的钨能有效抑制铜的喷溅；表面氧化物膜可抑制触头的材料转移；熔融的钨、铜与O2-反
应生成了结构规则的>CuWO4。

b)细化的晶粒在微观上由于晶界相显著增加，阻碍位错滑移和裂纹扩展，有利于提
高钨铜合金电触头的宏观力学性能[46]和导电导热性能。

H.Abbaszadeh等人在2012年[47]通过混合钨、铜粉末制备微米材料，利用WO3、CuO粉末的机械化
学反应制备纳米材料，发现纳米材料有更好的均匀性、更高的相对密度(94%)、优异的电导率(31.58%IACS)和机械性能。

作者认为这是纳米结构材料较高的毛细管
力引起液相烧结过程中的颗粒重排所致。

c)细晶钨铜合金触头还表现出良好的烧结性能。

采用超细或纳米钨铜混合粉末一般经低温烧结(比传统烧结温度低100 ℃～250 ℃)即可得到接近全致密(密度98%以上)的钨铜材料，有利于降低制备成本。

这是因为超细粉末的晶粒小、比表面积大、表面活性高，故烧结驱动力大、烧结温度低、致密化快[48]。

对于细晶/纳米钨铜合金触头的制备工艺和表现出细小的颗粒尺寸、均匀的显微组
织和优异的综合性能，国内外学者均作了大量的研究。

赵晶晶等人在2014年[49]将钨酸钠和硝酸铜通过水热合成及550 ℃、1.5 h焙烧得到氧化钨铜粉末，在氢气中还原获得铜包钨结构的WCu20复合粉末，呈规则球形，晶粒度70 nm，钨铜分布均匀，保留了分子级的混合状态。

Zhanlei Wang
等人在2010年[50]先球磨钨和CuO混合物，再通过氢气还原获得了纳米
WCu25粉末，最后利用动态固结技术制备了钨铜纳米材料。

钨晶体尺寸27 nm，材料组织均匀，完全由钨和铜组成，最终密度97.6%。

W.T. Qiu等人在2016年[51]通过机械合金化(400 r/min、40 h)获得了纳米WCu20粉末，随后高压烧结(1 050 ℃、40 MPa)制备了钨铜合金；其具有纳米晶结构，理论密度高达99.2%、超细晶粒尺寸500 nm、维氏硬度310 HV。

Ayman Elsayed等人在2015年[52]使用纳米钨、铜粉末在950 ℃的真空下通过放电等离子体烧结的快速热压工艺制
备WCu30电接触部件。

结果表明，放电等离子体烧结制备的样品因具有精细的微观结构而有着比常规压实烧结样品更好的机械性能。

刘冰等人在2015年[53]在WCu30触头的表面利用超音速微粒轰击法制备出晶粒尺寸为80 nm、厚度为10
μm的纳米层，可抑制电弧形成和快速熄灭电弧，达到耐电弧烧蚀的效果。

一般来说，生产纳米钨铜复合材料需要多步处理工艺，制备时间较长，而Walid M. Daoush等人于2016年[54]通过超快速电流活化熔体渗透(current activation melt infiltration，CAMI)工艺在10 s内首次制备了钨铜纳米复合材料，CAMI装置如图5所示。

这是通过独特的复合粉末层布置来实现的，可促进有效的电阻加热。

由于加工时间短和晶粒生长有限，复合材料也产生了最高的硬度。

图5 电流活化熔体渗透装置Fig.5 Current activation melt infiltration device
另外，钨铜合金触头的新型制备工艺还有很多，如原位反应铸造法[55]、快速定向凝固技术[56]、纤维代替粒子法(纤维强化法)、电弧熔炼法、固定(特定)结构法[57]等。

4 钨铜合金触头的掺杂改性
钨铜合金是典型的假合金，由于其本身结构的特殊性，以及钨基体强度随温度升高而显著降低等因素，如果通过制备工艺改进对电触头性能的提高效果不明显，添加第三相也是一种方便有效的途径。

作为第三相的掺杂材料(以X表示)，必须满足一些特定的要求，如X-W-Cu的界面相容性，X和W-Cu基体热膨胀系数(coefficient of thermal expansion，CTE)的优异匹配性，以及W-Cu粉末的良好分散性等[58]。

图6所示为添加第三相后的钨铜合金理想形态。

图6 掺杂后的钨铜合金理想结构Fig.6 Ideal structure of W-Cu alloy doped
目前，改变钨铜触头性能的方式主要是添加少量难熔化、耐高温、高强度的掺杂材料，以强化基体。

具体说来，有以下3种途径。

4.1 添加稀土金属及其氧化物
常见用于钨铜合金触头掺杂改性、提高耐电弧烧蚀能力的稀土元素有La、Ce、Y 及其对应的氧化物，突出特点是功函数低、熔点高、化学稳定性好。

在电弧击穿过程中，稀土元素或其氧化物可向钨晶界扩散，提高了钨基体的高温强度。

在二次烧
结时，稀土元素颗粒也阻止了钨晶粒的生长，从而获得优异的耐电弧烧蚀性能。

KunQian等人在2012年[59]采用原位合成法制备了La2O3掺杂的钨铜复合材料，La2O3质量分数为0.75%时，触头最大布氏硬度为220 HB，电导率为
45 %IACS。

La2O3明显改善了钨铜触头的耐电弧烧蚀性；与钨铜合金相比，WCu-La2O3的真空介电强度、电弧寿命和电弧迁移率也分别提高了36.9%、9.7%和46.6%。

Lai-Ma Luo等人在2015年[60]将La2O3作为掺杂相，利用化学镀法制备了钨铜复合粉末。

La2O3颗粒在钨铜粉末表面分布均匀，烧结试样表现出最
佳性能，相对密度92%，电导率46.5%IACS，抗弯强度940 MPa。

4.2 添加硬质颗粒
用于钨铜合金触头掺杂改性的硬质颗粒主要有B、WC、Al2O3、TiC等，它们与
钨粉混合烧结时会弥散在钨基体中，调节样品内气孔的分布与大小，使铜在钨基体中分布均匀。

当电弧烧蚀触头表面时，能起到分散电弧的作用，有效抑制钨铜合金的飞溅，同时提高其力学性能。

Chengcheng Zhang等人在2017年[61]制备了WC掺杂的钨铜触头，观察到了WC界面层。

与钨铜合金相比，WC掺杂触头有较高的热导率(287.5 W·m-1·K-1)和维氏硬度(230.5 HV)。

作者认为，其性能正是形成的铜网格结构及WC界面层
改善了钨与铜基体之间的结合所致。

种法力等人在2018年[62]采用粉末冶金法制备了TiC弥散增强的钨铜合金材料，发现TiC弥散相在合金中起到“钉扎”的作用，有效阻止了钨晶粒长大，增强了合金力学强度。

陈娟等人在2015年[63]采用粉末冶金和熔渗法制备了添加LaB6的WCu30触头，当LaB6的质量分数为2%时，触头的硬度最高，同时最耐电弧烧蚀，击穿场强、电弧寿命和截流值分别为1.25×108 V·m-1、15.67 ms和2.62 A。

Xiaohong Yang等人于2010年[64]制备了单独添加WC和CeO2的钨铜触头，发现1.5%WC和0.5%CeO2的触头具有最优良的性能。

50次真空击穿试验表明，
电弧在阴极表面上扩散；添加WC或CeO2的触头表面上有轻微的熔融铜飞溅和少量细小分散的阴极凹坑；WC和CeO2的添加有利于降低截流值、延长电弧寿命和提高击穿强度，见表2。

表2 不同触头材料的电气性能(50次击穿的平均值)Tab.2 Electrical properties of different contact materials (average value after 50 breakdowns)触头材料截流值/A电弧寿命/ms击穿场强/(V·m-1)W-Cu3.4916.929.53×1071.5%WC-W-Cu3.0217.161.25×1080.5%CeO2-WCu3.1417.111.28×108
Longlong Dong等人在2017年[65]将石墨烯掺入WCu30合金中，通过真空电击穿试验研究其电弧烧蚀性能。

发现击穿强度提高了45.5%，钨铜触头表面只有轻微的铜飞溅和小而平的阴极形成坑。

作者认为，加入石墨烯后触头的烧蚀机理为钨的电子跃迁、铜的能量消耗和石墨烯的功函数差。

4.3 添加活化剂元素
为了改善钨铜合金触头的性能，对掺入活化剂元素(以Ni、Cr、Co为主)这一新方法已经有较多的研究。

X.H. Yang等人于2008年[66]研究了添加镍、铬对铜在钨基体上浸润性的影响，发现浸润角随镍、铬含量的增加和润湿温度的升高而减小。

在铜镍/钨界面上形成了2～3 μm的过渡层，层内沉淀了金属间化合物，如图7(a)所示；对于铜铬/钨系统，界面不发生反应，如图7(b)所示。

图7 两种掺杂合金截面的SEM图Fig.7 Cross-sectional SEM micrographs of two doped alloys
M.Ahangarkani等人在2012年[67]研究了掺杂钴和镍对WCu40合金的影响，发现钴在铜存在时激活钨的液相烧结比镍更有效。

这是钴在铜中的溶解度有限、烧结时形成W6Co7、润湿角降低、促进颗粒重排机制等原因所。

镍在液相烧结中激活了钨原子的溶解析出机制，导致试样的晶粒变大。

K. Zangeneh-Madar等人在。