The electrical and thermal conductivity of W-Cu composites were investigated as a function of the W-particle size and W-W contiguity. Powder mixtures were prepared by ball milling or mechanical alloying process, and then sintered at various temperatures. The electrical conductivity of sintered composite was increased with decreasing W grain size. Dependence of electrical conductivity on the W grain size was explained by the W-W contiguity concept. The thermal conductivity was increased with increasing the temperature up to $600^{\circ}C$ but decreased at the temperature above $600^{\circ}C$ Also, thermal conductivity value was influenced by the W particle size. Change of thermal conductivity in W-Cu composites was discussed based on the observed microstructural characteristics and theoretical considerations.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09b
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pp.1054-1055
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2006
Bend tests were performed at temperatures between 77 and 473K for W-19vol%Cu, W-22vol%Ag and W-19vol%(BAg-8) composites. Yield and maximum strengths and ductility of the composite were discussed in terms of microstructure and fractography. Results are summarized as follows. (1) Almost no difference was recognized in yield strength between the composites. In contrast, a large difference was recognized in maximum strength and ductility between the composites. (2) Inferior mechanical properties of W-Ag composite to W-Cu composite are attributed to heterogeneous distribution of Ag-phases, whilst inferior mechanical properties of W-(BAg-8) composite to W-Cu composite are attributed to large pores at grain boundaries.
Cu-W composites containing 20wt.% W were fabricated by hot pressing. Hot pressing was carried out at temperatures ranging from 800 to $1000^{\circ}C$ under pressures of 15MPa for 30MPa for 30min and 60min. This process gave composites of higher density, higher hardness and higher wear resistance than the conventional sintering processes. However, the microstructure of Cu-W composites under pressure of 15MPa revealed there was an inhomogeneous distribution of W, segregation of W on some area. These undesirable results are attributed to the immiscibility of W in Cu and the pressure effect on sintering.
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.26
no.4
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pp.33-37
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2019
In this study, the graded thermal properties of composites are obtained by difference in specific gravity of fillers including Cu, h-BN and GO powders in epoxy. Relatively heavy powders such as Cu and h-BN compared to GO mostly at the bottom layer, while light GO powders were dispersed in the top layer in the composites. The thermal conductivity of composites was gradually increased from 0.55 (0.52) W/mK to 2.82 (1.37) W/mK for GO/h-BN (GO/Cu) epoxy composites from surface to bottom. On the contrary, the coefficient of thermal expansion was decreased from 51 ppm/℃ to 23 ppm/℃ and from 57 ppm/℃ to 32 ppm/℃ for GO/Cu and GO/h-BN, respectively. The variation of thermal properties in composites is attributed due to intrinsic material properties of filler including thermal conductivity, morphology and the distribution by the specific weight of fillers. This simple strategy for realizing graded thermal composites by introducing different filler materials would be effective heat transfer at interface of heterostructure with large thermal properties such as inorganic semiconductor/plastic, metal/plastic, and semiconductor/metal.
Recently, the fabrication process of the W-Cu nanocomposite powders has been studied to improve the sinterability through the mechanical alloying and reduction of W and Cu oxide mixtures. In this study. the W-Cu composites were produced by mechanochemical process (MCP) using $WO_3-CuO$ mixtures with two different milling types of low and high energy, respectively. These ball-milled mixtures were reduced in $H_2$ atmosphere. The ball-milled and reduced powders were analyzed through XRD, SEM and TEM. The fine W-Cu powder could be obtained by the high energy ball-milling (HM) compared with the large Cu-cored structure powder by the low energy ball-milling (LM). After the HM for 20h, the W grain size of the reduced W-Cu powder was about 20-30 nm.
In order to enhance sinterability of W-Cu composites used for heat sink materials, mechanical alloying process where both homogeneous mixing of component powders and fine dispersion of minor phase can be easily attained was employed. Nanostructured W-Cu powders prepared by mechanical alloying showed W grain size ranged of 20-50 nm and were able to be efficiently sintered owing to the fine particle size as well as uniform distribution of Cu phase. The thermal properties such as electrical resistivity, coefficient of thermal expansion and thermal conductivity were evaluated as functions of temperature and Cu content. It was found that the coefficient of thermal expansion could be controlled by changing Cu content. The measured electrical resistivities and thermal diffusivities were also varied with Cu content. The thermal conductivities calculated from the values of resistivities and diffusivities showed similar tendency as a function of temperatures. However, this is in contradiction with thermal conductivities of pure W and Cu which decrease with increasing temperature.
W-Cu composites utilize the high electrical conductivity of copper and arc erosion resistance of tungsten to provide properties better suited to electrical contact applications than either tungsten or copper alone. W-Cu composite materials were milled in an attritor with an impeller speed of 300rpm for various milling times. The milled powders were compacted at 300MPa into cylinders, 16m in diameter, and approximately 4m high. Sintering was performed in dry H$_2$at temperature ranging from 1200$^{\circ}C$ to 1400$^{\circ}C$. Samples were sectioned and were polished for scanning electron microscopy (SEM) of microstructures. Homogeneous W-Cu composites were formed after 10 hours mechanical alloying and could be attained 99% density at 1330$^{\circ}C$. As mechanical alloying time increased, Fe-concentration was increased linearly. Intermetallic compound formation interupted the growth of W particles Increased hardness.
The thermal stress between W plasma-facing material (PFM) and Cu heat sink in fusion reactors can be significantly reduced by using a W-Cu functionally graded material (W-Cu FGM) interlayer. However, there is still considerable stress at the joining interface between W and W-Cu FGM in the W/W-Cu FGM/Cu portions. In this work, we fabricate W skeletons with continuous gradients in porosity by a modified sedimentation method. Sintering densification behavior and pore characteristics of the sedimented W skeletons at different sintering temperatures were investigated. After Cu infiltration, the final W-Cu FGM was obtained. The results indicate that the pore size and porosity in the W skeleton decrease gradually with the increase of sintering temperature, but the increase of skeleton sintering temperature does not reduce the gradient range of composition distribution of the final prepared W-Cu FGM. And W-Cu FGM with composition distribution from pure W to W-20.5wt.% Cu layer across the section was successfully obtained. The thickness of the pure W layer is about one-fifth of the whole sample thickness. In addition, the prepared W-Cu FGM has a relative density of 94.5 % and thermal conductivity of 185 W/(m·K). The W-Cu FGM prepared in this work may provide a good solution to alleviate the thermal stress between W PFM and Cu heat sink in the fusion reactors.
The present work illustrates the use of water-soluble cupric salts as ingredients of binder for injection molding of $W-10 wt\%$ Cu. Parts produced are dense, homogeneous and have good surface finish, compared to those produced using conventional binder system. This new binder system provides also process-simplification benefit. $CuCl_2\;and\;Cu(NO_3)_2$ with the purity of $98\%$ was selected for this study. Rapid sintering process involving thermal decomposing was successful in densification for 1h. Final density that is about $93\%$ of theoretical value could be obtained, and are distinguishable from conventionally processed W-Cu composites.
Particle reinforced metal matrix composites(MMCs) via a centrifugal spray-cast deposition(CSD) process were fabricated by injecting second phase particles($Al_2O_3$<40${\mu}m$, W<17.3${\mu}m$) into copper melt on the atomizing disc. Compositing modes were investigated by combining microstructures and mathematical modeling between Cu droplets and the reinforced particles injected. The $Cu/W_P$ powders were shown that the W particles penetrate and get embedded in the Cu droplets. It is considered that the W particles composite preferentially in Cu melt on the atomizing disc. On the other hand, the $Al_2O_3$, particles did not penetrate into the Cu droplets on the atomizing disc but get attached in surface of Cu droplets during the flight. It is considered that the compositing may be attained in the flight distance which the relative velocity between Cu droplet and $Al_2O_3$, particle is maximum. The microstructure of the $Cu/W_P$ and the $Cu/(Al_2O_3)_p$ composite preform was strongly influenced by compositing modes of droplets, and after subsequent deposition it was comprised as it is called the dispersed type and the cell type of microstructure, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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