弥散强化铜基复合材料制备工艺

介绍了一种新的氧化铝弥散强化铜基复合材料制备工艺,研究了制备工艺参数对复合材料组织和性能的影响。结果表明,在氧基气氛中进行内氧化处理同样可以得到具有很好热稳定性的氧化铝弥散强化铜基复合材料;制备工艺参数,尤其是内氧化工艺对材料性能有显著影响。     

弥散强化铜基复合材料的现状与发展

弥散强化铜基复合材料具有高温强度、高导电、导热的特性,具有不可替代的作用。以氧化铝弥散强化铜复合材料为例,综述其制备工艺、性能分析、强化机理及应用领域,并预示了其在冶金企业应用的美好前景。     

石墨烯含量对铜基复合材料硬度与导电率的影响

采用粉末冶金法制备石墨烯铜基(Gr/Cu)复合材料,使用十二烷基硫酸钠(SDS)作为分散剂,研究石墨烯含量对复合材料显微硬度和导电率的影响,从而确定石墨烯在铜基体中的最优含量来获得高硬度、高导电率的石墨烯铜基复合材料.结果表明:石墨烯在复合材料中分布均匀.添加石墨烯后,铜基体的硬度增大,而导电率降低.石墨烯含量为0.5...     

挤压致密超细WC/纳米Al2O3弥散强化铜基复合材料的组织性能研究

以纳米Al₂O₃颗粒、超细WC粉末、工业纯Cu粉末为原料, 通过热挤压致密获得了超细WC/纳米Al₂O₃弥散强化铜基(WC-Al₂O₃/Cu)复合材料, 研究了挤压态WC-Al₂O₃/Cu复合材料的微观组织及力学性能。结果表明: 成分为5% WC-2% Al₂O₃/Cu和10% WC-2% Al₂O₃/Cu (质量分数)的两种原料粉末, 经机械球磨、冷压、真空烧结和热挤压后, 其相对密度均达到了99%以上, 超细WC和纳米Al₂O₃强化相颗粒呈均匀弥散分布, 具有很好的导电性及力学性能; 其中, 5% WC-2% Al₂O₃/Cu复合材料的综合性能更佳, 其抗拉强度达到235.06 MPa, 延伸率为15.47%, 导电率可达85.28% IACS, 软化温度不低于900℃。     

SPS法制备Al2O3/Cu复合材料研究

将纳米级A12O3以体积分数为1％的配比与微米级Cu粉混合均匀后,采用放电等离子烧结(SPS)法,分别在750、800和850℃进行烧结制备复合材料;将同样的混合粉末采用冷压烧结制备复合材料作为对比.分别测试材料的密度、硬度、导电率,并进行SEM扫描电镜分析.结果表明:在所选择试验参数下,烧结温度为800℃ SPS烧结试样具有最高的相对密度,达到99.17％,硬度与导电率也最高;与冷压烧结制备的材料相比,SPS法制备的试样硬度和导电率更高;SPS烧结试样晶粒均匀细小,并出现了孪晶.     

内氧化工艺对弥散强化铜中Al2O3质点特性和粉末显微硬度的影响

通过对弥散强化铜粉显微硬度的测定以及粉体显微组织结构的观察和分析,研究了不同内氧化工艺条件下弥散强化铜粉末显微硬度和强化质点特性的变化.研究结果表明,粉体内晶粒度没有明显变化;晶粒内的弥散质点为γ'-Al2O3,这种粒子结构稳定,但Al2O3质点粒度随内氧化温度的升高和时间的延长而增大;内氧化工艺影响粉末显微硬度,实验中900℃,3 h内氧化硬度最高.     

真空原位氧化工艺参数对析出Al2O3显微形貌的影响

采用一种新型的真空原位氧化工艺制备了Al2O3/Cu复合材料。本文主要讨论新工艺参数对原位氧化析出的Al2O3颗粒的数量、分布、粒度的影响。结果表明：在真空环境下，原位氧化工艺更易于控制，析出的Al2O3颗粒为椭球形，粒径、颗粒间距均小于1μm，均匀、弥散分布在基体上。升温速率、反应温度、原始粉末中Al的含量均对Al2O3颗粒的析出及分布有显著的影响。由于Al氧化的强放热效应，三者必须合理匹配，才能制备出组织性能优越的复合材料。     

Fe—Al2O3复合材料工艺参数的研究

研究了烧结温度、时间、气氛、弥散相粒度及含量等工艺参数对Ｆｅ－Ａｌ２Ｏ３复合材料的密度、硬度及抗拉强度的影响。结果表明，一定的弥散相含量对应有其最佳的烧结温度。烧结时间达一定值后，继续增加烧结时间对烧结无显著影响。减少弥散相粒度和使用纯氢保护，有利于烧结过程的致密化和产品性能的提高。     

Cr2AlC含量对铜基复合材料摩擦磨损性能的影响

采用冷压-烧结方法制备了含质量分数0%、5%、10%、15%Cr₂AlC的铜基复合材料, 利用光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱仪观察并分析复合材料微观组织和微区成分, 使用HVS-1000型显微硬度计和M-2000型摩擦磨损试验机测试复合材料的硬度和摩擦磨损性能, 分析Cr₂AlC质量分数对复合材料硬度、摩擦性能和磨损机理的影响。结果表明:含Cr₂AlC铜基复合材料的相对密度为0.8, Cr₂AlC均匀分布在铜基体上, 有效提高了复合材料的硬度; 随Cr₂AlC质量分数增加, 复合材料摩擦系数先升高后降低, 磨损量先降低后回升, 当Cr₂AlC质量分数为10%时, 复合材料的摩擦系数最大, 磨损量最低, 耐磨性能最佳; 未添加Cr₂AlC的纯铜材料磨损机理以黏滑为主, 含Cr₂AlC铜基复合材料的磨损机理是犁削磨损、剥层磨损和氧化磨损三者的结合。     

Al_2O_3弥散增强Cu基高导电率复合材料的制备及性能研究

采用高能球磨结合放电等离子烧结的方法制备0.5%、1.0%和2.0%的Al_2O_3弥散增强Cu基复合材料。研究Al_2O_3在Cu基体中的分布状态,以及对复合材料强度、硬度、导电性能和摩擦系数的影响。结果表明:弥散分布于晶界处的Al_2O_3颗粒导致复合材料的硬度和抗拉强度都提高,而伸长率、电导率降低和摩擦系数降低。1.0%Al_2O_3/Cu复合材料的相对密度达到98.22%、电导率为48.38 MS/m,硬度102.7 HV,抗拉强度264.97 MPa,摩擦系数0.28。     

以含铜废液为原料制备Al_2O_3弥散强化Cu粉的工艺研究

以酸碱含铜刻蚀废液为原料,采用酸碱中和-过滤-H_2SO_4溶解制备出一定浓度的含铜溶液,并向溶液中添加可溶性铝盐,最终采用络合共沉淀-煅烧-H_2还原的方法制备出质量分数2%的纳米Al_2O_3弥散强化Cu粉末。采用火焰原子吸收光谱法测定过滤液中Cu~(2+)的含量,研究了酸碱混合比对Cu~(2+)提取效率的影响;采用扫描电镜、X射线衍射仪分析了共沉淀前驱体粉末、Al_2O_3-CuO复合粉末、Al_2O_3-Cu粉末、Al_2O_3弥散相的粒度、形貌及组成;并采用TG-DTA试验对粉末制备过程中的煅烧及H_2还原过程进行了分析。结果表明:酸碱含铜废液的体积比为2∶3时,中和反应进行最充分,Cu~(2+)的提取率达到96.75%(质量分数);沉淀剂采用瞬间加入方式,得到的前驱体粉末细小均匀、无团聚;最佳的煅烧温度为500℃,H_2还原温度为550℃,制备的弥散相分布均匀,粒度小于200 nm;经弥散相萃取试验观察,进一步证明弥散相为纳米Al_2O_3。     

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。     

Al2O3含量对Ni-W-Al2O3复合镀层性能的影响

采用直流电沉积技术在45#钢基体上制备Ni-W-Al2O3复合镀层,通过显微硬度计、摩擦磨损试验机、划痕仪等研究Al2O3颗粒含量对复合镀层的力学性能及摩擦磨损性能等的影响,并用SEM、XRD对复合镀层的表面断面形貌、物相结构进行分析.结果表明,Ni-W-Al2O3复合镀层为晶态结构,其耐磨性能明显优于Ni-W镀层,且随着Al2O3颗粒含量的增加,复合镀层的摩擦系数呈现出先减小后增大趋势.磨损形式主要表现为粘着磨损与磨粒磨损.复合镀层与基体之间结合牢固,结合力大小约为70~80 N.当Al2O3含量为5 g/L时,复合镀层的综合性能最优.     

原位还原法制备Al/Al2O3复合材料的力学性质及反应动力学

以石英为先驱体,以液态铝为还原剂,在1073～1523 K的温度范围内对原位生成铝/氧化铝复合材料进行了研究,对获得的复合材料的物理和机械性能做了测定,并对材料显微结构进行了观测和分析.在1473K制备的铝/氧化铝复合材料密度为2.95g/cm3,最大弹性模量为130 GPa,最大三点抗弯强度为580 MPa,最大拉伸强度为268 MPa,洛氏硬度为86.产物铝/氧化铝复合材料的形状与作为先驱体的二氧化硅的形状几乎一致.讨论了反应过程的动力学.     

Al_2O_3含量对碳纳米管增强Cu基复合材料性能的影响

利用机械合金化法(MA)、磁力搅拌法(MS)、放电等离子烧结工艺(SPS)制备材料样品,研究了Al2O3含量对碳纳米管(CNTs)增强Cu基复合材料性能的影响。结果表明,加入Al2O3与碳纳米管增强相后的Cu基复合材料与纯Cu相比,磨损率降低了70.9%~85.7%,维氏硬度提高了11.6%~24.5%。当添加1.0%CNTs和1.6%Al2O3(质量分数)时所制备的复合材料的综合性能最优:相对密度为97.5%,维氏硬度为75.2 HV,热导率为272.45 W/(m·K),电导率为4.39×107Ω-1·m-1。     

机械合金化对ODS铁素体钢粉末的微观形貌和结构的影响

研究了不同转速和球磨时间对氧化物弥散强化合金粉末的微观形貌和结构的影响.XRD和SEM结果表明:当转速为380r·min^-1时,既能提高球磨效率,又可避免粉末在球磨过程中发生团聚.机械合金化中晶粒尺寸和平均颗粒尺寸的减小导致XRD衍射峰的宽化.当球磨时间为30h时,粉末平均粒径随着球磨时间的增加而迅速减小至13.4μm,粉末多呈球形,粒度分布较窄.SEM-EDS结果表明,各合金元素在粉末内部分布均匀.     

Al2O3含量对放电等离子烧结Al2O3/Cu复合材料组织与性能的影响

以微米级Cu粉为基体相,纳米Al₂O₃颗粒为绝缘相,采用机械球磨和放电等离子烧结工艺相结合的方法制备Al₂O₃/Cu复合材料,研究Al₂O₃含量对复合材料微观结构、电阻率和热导率的影响。结果表明,Al₂O₃/Cu复合材料为核?壳结构,随Al₂O₃含量增加,Al₂O₃包覆层对Cu基体的包覆效果逐渐提升;当w(Al₂O₃)为5%时,Al₂O₃/Cu复合材料的热导率较高,为85.92 W/(m·K),但电阻率偏低,仅为12.6 mΩ·cm。当w(Al₂O₃)增加至15%时,虽然Al₂O₃/Cu复合材料的密度降至6.69 g/cm³,孔隙率较高,但电阻率显著提高至2.09×10⁸ mΩ·cm,约为Cu电阻率的10¹¹倍,且热导率为7.6 W/(m·K),明显高于传统金属基板的热导率。     

Al含量对Al_2O_3/Al金属陶瓷性能影响研究

金属陶瓷既保持了陶瓷材料优异特性,又具备金属材料优势,是一种重要的新型工程材料。本文利用粉末冶金方法制备氧化铝-铝金属陶瓷材料,研究其致密化机理,为制备高性能金属陶瓷材料提供参考。研究表明,随着Al含量的降低,金属陶瓷材料的致密度逐渐降低。在扫描电镜图片中,颗粒呈连续分布且较大的为金属Al颗粒,颗粒呈不连续分布较细小的为Al2O3颗粒。随着Al含量的降低,金属陶瓷材料的晶界数量逐渐增多。随着Al含量由75%(质量分数,下同)减至25%时,硬度依次下降,Al含量高,易熔融相多,Al2O3粉末相对少,Al能较好较充分的将Al2O3粉末包裹住,且致密化效果好,故样品整体有较高的硬度。随着Al含量的降低,样品的导电性逐渐变差。     

离心成型方法制备Al2O3-ZrO2梯度复合材料及力学性能

Compesitionally graded composite of alumina-20% zirconia （ volume fraction ） was fabricated by using centrifugal casting incorporated with relatively thin slip. An EPMA analysis exhibited a nearly linear variation of the alumina/zirconia ratio along the cent,frugal direction; zirconia tended to accumulate in the bottom section, while alumina in the .top section. Such a graded structure exhibited a considerably higher flexural strength when the alumina rich surface was subjected to a tensile stress than compositionally uniform composite of the same average composition. Fracture toughness measurement across the specimen thickness by indentation method revealed that the crack lengths along the vertical and horizontal directions were different. The anisotropy of the fracture toughness was accounted for by the variation of the residual stress across the specimen thickness.