Kupfer-Wolfram (WCu) ist ein Verbundwerkstoff aus einem Wolfram-Gerüst, das mit Kupfer infiltriert ist. Er vereint die hohe Temperaturbeständigkeit und den niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Wolfram mit der ausgezeichneten Wärme- und Stromleitfähigkeit von Kupfer.
Wie WCu funktioniert
Wolfram bildet ein poröses Skelett, dessen Hohlräume mit Kupfer gefüllt werden. Über das Mischungsverhältnis lassen sich die Eigenschaften gezielt einstellen: Mehr Wolfram bedeutet geringere Wärmeausdehnung und höhere Temperaturbeständigkeit, mehr Kupfer bedeutet bessere Leitfähigkeit.
Gängige Sorten
Üblich sind Bezeichnungen nach Wolframanteil, zum Beispiel W80Cu20, W75Cu25 oder W70Cu30 (Zahl = Gewichtsanteil). Ein hoher Wolframanteil wird für maßhaltige, ausdehnungsarme Bauteile gewählt; ein höherer Kupferanteil dort, wo maximale Wärme- und Stromleitung im Vordergrund steht.
Wärmesenken und Wärmespreizer
In der Elektronik wird WCu als Wärmesenke (Heat-Spreader) eingesetzt, weil sich sein Wärmeausdehnungskoeffizient an Halbleiter und Keramiken anpassen lässt. So entstehen weniger thermische Spannungen an den Fügestellen – wichtig für Leistungselektronik, Laserdioden und Hochfrequenz-Bauteile.
Kontakte und Elektroden
Wegen seiner Lichtbogen- und Abbrandbeständigkeit dient WCu auch als Werkstoff für elektrische Kontakte in Hochspannungsschaltern sowie als Elektrode für das funkenerosive Bearbeiten (EDM), wo Formhaltigkeit und geringer Verschleiß zählen.
Häufige Fragen
Warum nicht einfach reines Kupfer für Wärmesenken?
Reines Kupfer leitet besser, dehnt sich aber stark aus. WCu lässt sich im Wärmeausdehnungskoeffizienten an Halbleiter und Keramik anpassen und vermeidet so thermische Spannungen an den Verbindungsstellen.
Was bedeutet W80Cu20?
Der Werkstoff besteht zu etwa 80 % aus Wolfram und 20 % aus Kupfer (Gewichtsanteile). Je höher der Wolframanteil, desto geringer die Wärmeausdehnung.
Wofür wird WCu außer Wärmesenken noch verwendet?
Für elektrische Kontakte in Hochspannungsschaltern und als abbrandfeste Elektroden für die Funkenerosion (EDM).
Ist WCu gut bearbeitbar?
WCu lässt sich spanend bearbeiten, ist durch den hohen Wolframanteil aber härter als reines Kupfer. Für enge Toleranzen empfiehlt sich Hartmetallwerkzeug oder Funkenerosion.