放电等离子烧结制备镍掺杂石墨-铜复合材料组织性能研究

通过超声波分散结合行星球磨对复合粉末进行混料，利用放电等离子烧结技术（SPS）制备镍掺杂石墨-铜复合材料。运用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、硬度计和摩擦磨损试验机等方法，研究了不同镍掺杂含量对石墨-铜复合材料组织和力学性能的影响。结果表明:通过该工艺制备石墨-铜复合材料石墨均匀分散于铜基体，并与铜基体形成良好的界面结合。随着镍掺杂含量的增加，石墨-铜复合材料相对密度和硬度逐渐增加。当镍掺杂含量（指质量分数）为7.0%时，石墨-铜复合材料相对密度为95.2%，HV_0.5硬度为53.4，摩擦系数相对较低，磨损表面较光滑，此时综合性能较好。      

微波烧结温度对CNTs/Cu复合材料结构和性能的影响

结合液相混合方法、微波烧结技术和冷轧技术制备碳纳米管增强铜基（carbon nanotubes reinforced copper-matrix,CNTs/Cu）复合材料,研究不同烧结温度对于CNTs/Cu复合材料微观形貌、力学性能及物理性能的影响。结果表明,采用液相混合法制备出粒径为200~500 nm、碳纳米管质量分数为0.5%的CNTs/Cu复合粉体,碳纳米管均匀分散在铜颗粒中,并与之形成良好结合界面。CNTs/Cu复合材料的相对密度、硬度、电导率随着烧结温度的升高先增大后减小,在烧结温度为1000℃时达到最佳。制备的碳纳米管质量分数为0.5%的CNTs/Cu复合材料组织均匀、孔隙数量及尺寸较少,相对密度为95.79%,硬度为HV 80.9,电导率为81.8% IACS。经冷轧处理后,CNTs/Cu复合材料拉伸强度达到218 MPa,延伸率保持37.75%。由此可见,微波烧结技术是一种制备高性能CNTs/Cu复合材料的理想方法。     

轧膜成形制备石墨/Cu复合材料及其性能研究

以电解Cu粉和鳞片状石墨粉为原料,聚乙烯缩丁醛(PVB)为粘结剂,环己酮为增塑剂,通过有机基轧膜成形法制备出石墨/铜(C/Cu)复合生坯;随后在H_2气氛中烧结,制备出C/Cu复合材料,考察了粘结剂含量、烧结温度等对所制备复合材料组织和性能的影响。结果表明:轧膜成形可以制备厚度0.4~1.0 mm的薄片状C/Cu复合材料;粘结剂含量对C/Cu轧膜生坯和最终复合材料的组织性能有显著影响;随着烧结温度的升高,C/Cu复合材料的性能提高,4.0%粘结剂含量的C/Cu生坯经970℃烧结后的相对密度达91.4%、电导率为44.4%IACS、维氏硬度为72.2 HV。     

镀钨碳纳米管增强铜基复合材料的制备及性能

采用羰基热分解法对多壁碳纳米管表面进行镀钨处理,并以镀钨碳纳米管和电解铜粉为原料,进行机械球磨混粉和放电等离子体烧结,制备了镀钨碳纳米管/铜基复合材料.采用场发射扫描电镜观察了粉体和复合材料的组织形貌,并对复合材料物相进行了X射线衍射分析.探讨了镀钨碳纳米管含量和放电等离子体烧结温度对复合材料致密度、抗拉强度、延伸率和电导率的影响.结果表明,镀钨碳纳米管质量分数为1%和烧结温度为850℃时,复合材料的致密度、抗拉强度和电导率最高.与烧结纯铜相比,复合材料的抗拉强度提高了103.6%,电导率仅降低15.9%.      

纳米AlN颗粒弥散增强铜基复合材料的制备及性能研究

本文采用高能球磨结合放电等离子烧结法制备了含不同质量分数AlN的AlN/Cu复合材料。研究了AlN质量分数对AlN/Cu复合材料微观形貌、相对密度、显微维氏硬度、拉伸强度、延伸率及导电性能的影响。结果表明:当AlN质量分数1.0%时,随着AlN质量分数的提高,复合材料的硬度、抗拉强度提高,断后伸长率、电导率降低。但当AlN质量分数为1.0%时,AlN/Cu复合材料相对密度为97.8%,显微硬度和抗拉强度分别达到了HV 119.5和259.7 MPa,电导率为49.30 mS·m~(-1),综合性能达到最优。     

微波烧结碳纳米管增强铜基复合材料的显微组织与力学性能

通过微波烧结与轧制相结合,制备碳纳米管(carbon nanotube,CNTs)增强铜基复合材料(CNTs/Cu),对该材料的显微组织、致密度、硬度和抗拉强度等进行分析与测试,并通过正交试验优化工艺参数。结果表明:CNTs的最佳含量(质量分数)为2.0%,在烧结温度为1 000℃,保温时间为30 min条件下制备的2.0%CNTs/Cu复合材料,CNTs均匀分散在Cu基体中,CNTs与Cu基体结合良好,材料致密度达到98.09%,维氏硬度(HV)为372,屈服强度和抗拉强度分别达到234 MPa和344 MPa,比微波烧结纯铜分别提高18%和24%左右。     

电场活化烧结制备Cu-10Cr-0.5Al_2O_3复合材料

对Cu-10Cr-0.5Al2O3(质量分数,%)混合粉末及球磨复合粉末,采用电场活化烧结技术制备高强高导电铜基块体材料,并研究脉冲峰值电流和通电烧结时间对烧结材料组织和性能的影响。结果表明,随着脉冲峰值电流增大,烧结材料的相对密度和导电率均提高,相对密度最高可达99%,硬度和抗弯强度则先上升后下降。当脉冲电流峰值为2.94 kA时,烧结材料具有较好的综合性能,相对密度、硬度、抗弯强度和电导率分别为97.5%、285HV、911MPa和50IACS%;随着通电烧结时间延长,烧结材料的密度、硬度、抗弯强度和导电率均逐渐上升,但烧结时间过长会引起硬度轻微下降;对Cu-10Cr-0.5Al2O3混合粉末进行球磨虽导致烧结材料的电导率下降,但可显著提高材料的硬度和抗弯强度。     

烧结温度对Cu-C-SnO2多孔材料组织与性能的影响

采用SiO₂-B₂O₃-Al₂O₃助焊剂辅助常压烧结法制备了铜-石墨-氧化锡（Cu-C-SnO₂）复合多孔材料,对其显微组织和物理性能进行了测试,研究了烧结温度对Cu-C-SnO₂多孔材料组织和性能的影响。结果表明,复合多孔材料主要由金属Cu、石墨和氧化物陶瓷相构成;随着烧结温度升高,SnO₂逐渐减少,莫来石等矿化陶瓷相逐渐增多;当烧结温度从750℃升高到800℃时,Cu₂O增多,当烧结温度高于800℃时,Cu₂O随烧结温度的升高而减少;当烧结温度为950℃时,Cu相发生显著再结晶而晶粒粗大;材料的电阻率、渗油率和空气粘性渗透系数随烧结温度的变化呈现出相似的变化规律,都随烧结温度的增加而先减小后增大,在烧结温度850~900℃范围内达到最小值;烧结线收缩率和材料密度随烧结温度的变化呈现出相似的变化规律,都是随烧结温度的升高而增大,在烧结温度800℃附近存在一个临界值,在该临界值两侧,烧结线收缩率和材料密度随烧结温度变化的速率明显不同;在烧结温度800~850℃之间,材料里氏硬度存在一个突变点,在该突变点两侧,材料里氏硬度都随烧结温度的升高而升高。     

粉末冶金法制备SiCp/Cu复合材料及组织性能研究

以高纯SiC粉、Cu粉为原料,通过机械球磨、真空热压烧结制备SiC颗粒弥散强化铜基(SiCp/Cu)复合材料。采用SEM、XRD等方法,研究了球磨粉末形貌、粒度及成分均匀性的变化规律,同时研究了真空热压烧结SiCp/Cu复合材料微观组织、力学性能和物理性能。结果表明:球磨转速为250 r/min、球料比为10:1(质量比)时,球磨10 h获得的SiC/Cu复合粉末成分均匀,无团聚现象;真空热压烧结复合材料的相对密度达到92%以上,SiC颗粒均匀弥散分布,具有很好的力学性能和导热导电性能;其中,烧结温度850℃、保温1 h制备的材料综合性能更佳,致密度达到96.2%,热导率为221.346 W/(m·K),电导率为65.3%IACS,抗压强度为467.46 MPa,断裂应变可达20.87%。     

MoSi2弥散强化铜合金的密度研究

用高能球磨冷压烧结的方法制备了MoSi2弥散强化铜合金。分析了烧结温度、球磨方式和压坯密度对比的弥散强化铜合金烧结密度的影响。结果表明：烧结温度对其烧结密度的影响最大，其最佳烧结温度为950℃；球磨方式的影响次之，但湿磨比干磨效果好；压坯密度对烧结密度的影响不明显。     

球磨方式对TiC/316L复合粉末压缩性及烧结行为的影响

应用双对数压制方程和相关烧结模型,分析和探讨不同球磨方式对TiC/316L复合粉末的压制特性及烧结行为的影响,并采用扫描电镜观察复合粉末的形貌。结果表明,采用湿磨方式获得的复合粉末,其破碎程度不够,很多316L不锈钢颗粒特别是颗粒较小的不锈钢颗粒变形不大,仍然呈球形,不利于其后续的压制和烧结;采用直接干磨获得的复合粉末,其表面新鲜断裂面多,粉末表面活性大,有利于粉末的烧结致密化,但其加工硬化明显,压制成形性能较差;与其他球磨方式相比,采用先干磨再湿磨的球磨方式获得的复合粉末不仅具有较好的成形性能,而且粉末烧结激活能低,以该粉末为原料可以获得较高相对密度的烧结体。     

铜包覆石墨烯增强316L奥氏体不锈钢力学性能研究

采用分子水平混合和低速球磨的方法制备铜包裹石墨烯/316 L不锈钢复合粉体,通过放电等离子烧结制备石墨烯增强316 L奥氏体不锈钢复合材料,研究铜及石墨烯对复合材料密度、硬度和拉伸性能的影响,并对拉伸断口形貌进行了分析.结果表明:通过分子混合和球磨混合可制备铜包裹石墨烯与不锈钢均匀混合的复合粉体.烧结过程石墨烯结构保持完整.铜包裹石墨烯增强体可明显改善烧结不锈钢复合材料的密度、硬度、抗拉强度和屈服强度,使其分别提高3.6%、17.4%、35.8%和34.5%.     

粉末冶金制备的Ti35Nb2．5Sn5HA生物复合材料的组织与性能研究

采用高能机械球磨和脉冲电流活化烧结方法制备了一种新型的不含Al、V等有毒元素的口钛合金基体的Ti35Nb2．5Sn5HA生物复合材料。研究了不同机械球磨时间球磨的Ti35Nb2．5Sn5HA粉末以及用这几种粉末烧结制备的样品微观组织和显微硬度变化,球磨时间对烧结复合材料的微观组织和性能的影响。结果表明：随着球磨时间的增加,Ti35Nb2．5Sn5HA粉末的颗粒尺寸逐渐减小,Nh和Sn开始与Ti发生固溶,形成Ti的过饱和固溶体,而且α-Ti也开始向β-Ti转化。当球磨时间达到12h,球磨粉末中α-Ti完全转化为β-Ti,粉末颗粒的平均尺寸为500nm左右。12h球磨的粉末烧结制备的复合材料具有超细晶粒尺寸,晶粒平均尺寸为200nm,这种复合材料的维氏显微硬度可以达到10187．3MPa。     

包裹型SiO2/Al复合粉体的制备及烧结性能研究

为了克服金属陶瓷两相分布不均、界面不润湿和难以烧结致密等难题,采用球磨技术将增强相均匀包裹在基体材料表面,研究包裹型SiO₂/Al复合粉体的球磨制备工艺及其烧结性能,提高金属陶瓷的综合性能。结果表明,随着球磨时间的延长,SiO₂/Al复合粉体的比表面积先增大后减小,球磨6 h获得的复合粉体比表面积最大,达到8.1 m2·g?1。随着球料比的增大,SiO₂/Al复合粉体的比表面积先增大后减小,说明SiO₂包裹在Al粉表面的量呈现先增多再减少的趋势。随着球磨转速的增大,SiO₂/Al复合粉体比表面积先增大后减小。随着烧结温度的提高,SiO₂/Al金属陶瓷表面硬度先增高后降低,在烧结温度为900 ℃时,SiO₂/Al金属陶瓷的表面硬度达到最高。球磨时间为6 h,球料比为2:1,球磨转速为360 r·min?1,烧结温度900 ℃可以获得性能较佳的SiO₂/Al金属陶瓷。     

半固态烧结制备石墨烯/7075铝基复合材料与性能研究

通过球磨混粉+半固态烧结法成功制备出质量分数为0.5%的石墨烯/7075铝基复合材料,通过扫描电子显微镜、能谱分析仪和室温拉伸力学性能测试等手段,对石墨烯/7075铝基复合材料的显微组织及力学性能进行了研究。结果表明:复合材料中的石墨烯纳米片均匀的分散在7075铝合金基体中,相比于未添加石墨烯的7075铝合金基体,复合材料的密度有所下降,维式硬度和抗拉强度则分别提高了14%和32%,延伸率无明显变化。     

Titanium Carbide Reinforcement in Iron Matrix Through Carbothermal Reduction of Mechanically Milled Hematite and Anatase

This study investigated the influence of the duration of milling on the formation of TiC-reinforced iron composite through carbothermal reduction of a hematite and anatase mixture. Mixtures of hematite, anatase, and graphite powders were mechanically activated in a planetary ball mill in an argon atmosphere with different milling times (0 to 60 hours). X-ray diffraction showed that with increasing milling time, the crystallite size of the hematite decreased to nanometer range, accompanied by an increment in internal strain. Prolonging the milling process increased dislocation density of the as-milled powder. The as-milled powder was consolidated by cold pressing under 100 MPa and sintered in vacuum at 1373 K (1100 °C). High temperature during sintering resulted in the formation of iron and titanium carbide phases as confirmed by X-ray diffraction, scanning electron microscope, and energy dispersive X-ray analysis. Without mechanically activated milling, the reaction forming TiC did not occur during sintering at 1373 K (1100 °C), indicating a reduction in reaction temperature promoted by mechanical milling. An increase in milling time resulted in an increase in sintered density and hardness due to the fineness of the composite powder, together with complete TiC and iron phase formation.     

Effect of Graphite and SiC Addition into Cu and SiC Particle Size Effect on Fabrication of Cu–Graphite–SiC MMC by Powder Metallurgy

Here we have reported individual and combined effect of graphite and SiC into Cu matrix during fabrication of Cu–graphite–SiC hybrid metal matrix composite by powder metallurgy. Mechanical properties of the composites are enhanced by simultaneous addition of 1, 3, 5, 10 and 15 vol. % of graphite along with 2, 5 and 10 wt. % of SiC into pure Cu, whereas electrical conductivity deteriorates. Composites are fabricated by cold compaction of composite powder mixture followed by conventional sintering in a tubular furnace at 900 °C for 1 h in argon atmosphere. For comparison, SiC powder size of 5 and 50 µm are used to study the effect of SiC particle size on microstructure, mechanical and electrical properties of the composites. Optical microscopy and scanning electron microscopy reveal the homogeneous distribution of graphite and SiC in matrix and good compatibility between Cu–graphite and Cu–SiC particles. Hardness of the composites decreases with increase in graphite and increases with increase in SiC content. Composites containing fine SiC particles show higher hardness value as compared to coarse particles. Maximum Vickers hardness value of 75 is obtained for Cu-1 vol. % graphite-10 wt. % SiC composite. Electrical conductivity decreases with increase in both graphite and SiC content. Composites containing coarse SiC particles exhibit higher electrical conductivity than fine SiC.     

烧结温度对高速压制制备弥散强化铜材料导电率的影响

弥散强化铜材料具有高强度和高导电性的特性,孔洞是影响导电率的重要因素.本文采用高速压制成形技术,对Al₂O₃质量分数为0.9%的弥散强化铜粉压制成形,研究了压制速度对生坯的影响.当压制速度为9.4 m·s-1时得到密度为8.46 g·cm-3的生坯.研究了烧结温度对烧结所得Al₂O₃弥散强化铜试样导电率的影响.当生坯密度相同时,烧结温度越高,所得试样的导电率也越高.断口与金相分析表明:烧结温度为950℃时,烧结不充分,颗粒边界以及孔洞多而明显,孔洞形状不规则;烧结温度为1080℃时,颗粒边界消失,孔洞圆化,韧窝出现,烧结坯的电导率为71.3%IACS.