SPS制备铜/镀铜石墨复合材料的组织和性能

采用放电等离子烧结(SPS)制备不同镀铜石墨含量的铜/镀铜石墨复合材料。研究了镀铜石墨含量对复合材料微观组织、密度、导电率、孔隙率和显微硬度的影响。结果表明,随着镀铜石墨含量的增加,铜基体的组织变得细小、均匀。复合材料的密度与镀铜石墨含量满足公式ρ=-0.1506wt%+8.894。当镀铜石墨含量由0wt%增大12wt%,复合材料的导电率由96.4%IACS降低至58.0%IACS,孔隙率从0.1%升高至8.8%。少量的镀铜石墨具有细晶强化作用,能提高复合材料的硬度。当镀铜石墨含量超过4 wt%,复合材料的硬度开始下降,当镀铜石墨含量达到一定值时,复合材料的硬度甚至低于纯铜材料的硬度。     

SPS制备铜/石墨烯复合材料的组织与摩擦性能

通过放电等离子烧结(SPS)制备纯铜及铜/石墨烯复合材料,其中石墨烯含量为1.0vol%;使用金相显微镜、扫描电子显微镜、天平和摩擦磨损实验机对制备好的材料进行金相分析、SEM观察、密度测试及摩擦磨损实验。结果表明:石墨烯弥散地分布在铜基体内细化了基体组织,并通过改变基体组织的磨损方式(由粘结磨损转变为磨粒磨损),降低了金属基体的摩擦系数,提高了材料的摩擦性能。同时发现,由于石墨烯具有吸氢的特点,引入少量的石墨烯降低了烧结体的致密度。     

并联导热结构的金刚石/铜基复合材料的制备

为提高金刚石/铜基复合材料的导热性能,在芯材表面预先化学气相沉积(CVD)高质量金刚石膜,获得柱状金刚石棒,再将其垂直排列,填充铜粉后真空热压烧结,制备并联结构的金刚石/铜基复合材料。分别采用激光拉曼光谱(Raman)与扫描电子显微镜(SEM)对CVD金刚石膜的生长进行分析,并通过数值分析讨论复合材料的热性能。结果表明:金刚石/铜基复合材料结构致密,密度为9.51g/cm3;CVD金刚石膜构成连续的导热通道,产生并联式导热,复合材料的热导率为392.78 W/(m·K)。     

金刚石/铜复合材料的SPS扩散连接界面组织及力学性能

对金刚石/铜复合材料进行SPS扩散连接试验,并对其连接接头进行了界面扩散分析和剪切性能测试,研究了SPS扩散连接工艺参数对连接界面组织和力学性能的影响。结果表明,随着连接温度升高和保温时间增加,金刚石/铜连接接头扩散界面区域的孔洞和空隙等缺陷减少,元素扩散充分,W逐渐向Cu方向扩散,与母材相比,连接界面W2C相和W相减少。随着扩散连接品质提升,热导率随之增加,焊接接头的最大剪切力和剪切强度增大,剪切断面形貌逐渐产生大量解理面和断裂台阶,并伴有少量撕裂棱,断裂机制由脆性过渡到半解理韧性断裂。扩散温度为750℃,保温时间为90 min时,连接界面整体扩散结合品质较高,剪切强度达到48.83 MPa,热导率为347.73 W/（m·K）。     

Ag-Cu-Ti钎焊金刚石/铜复合材料的组织和性能

采用97(72Ag-28Cu)-3Ti活性钎料钎焊了Diamond/Cu复合材料和Al2O3陶瓷,研究了主要钎焊条件如钎焊温度和保温时间对接头强度的影响.结果表明,钎焊过程中Ti元素易聚集在金刚石颗粒周围并形成TiC化合物层.TiC化合物的形貌与Diamond/Cu钎焊接头剪切强度有密切关系,金刚石表面生长适当厚度的TiC化合物层能增强钎焊接头的剪切强度,但如果TiC为颗粒状或TiC化合物层生长过厚,将削弱钎焊接头的剪切强度.钎焊接头的最大剪切强度可达117 MPa.     

SPS反应烧结HfB2复合材料的制备和性能

针对HfB2陶瓷材料难烧结和韧性差等问题,选择ZrC粉、Si粉和C粉为烧结助剂,借助ZrC-Si-C间的原位反应生成ZrSi2和SiC,促进HfB2陶瓷的烧结,并提高HfB2陶瓷的综合力学性能。结果表明,HfB2与烧结助剂的混合粉体经放电等离子烧结(SPS)在1600℃保温10 min和40 MPa的压力条件下制备出相对密度为96.6 1%的HfB2-ZrSi2-SiC复合材料,所制样品的硬度、抗弯强度和断裂韧性均随着烧结助剂ZrC-Si-C含量的增加呈现先上升后降低的趋势。当ZrC-Si-C添加量为10%时所制备样品的综合力学性能最好,其硬度值为26.80±1.2 GPa、抗弯强度为504±40 MPa、断裂韧性值为4.66±0.21 MPa·m1/2。     

SPS反应烧结HfB_2复合材料的制备和性能

针对HfB_2陶瓷材料难烧结和韧性差等问题,选择ZrC粉、Si粉和C粉为烧结助剂,借助ZrC-Si-C间的原位反应生成ZrSi_2和SiC,促进HfB_2陶瓷的烧结,并提高HfB_2陶瓷的综合力学性能。结果表明,HfB_2与烧结助剂的混合粉体经放电等离子烧结(SPS)在1600℃保温10 min和40 MPa的压力条件下制备出相对密度为96.6 1%的HfB_2-ZrSi_2-SiC复合材料,所制样品的硬度、抗弯强度和断裂韧性均随着烧结助剂ZrC-Si-C含量的增加呈现先上升后降低的趋势。当ZrC-Si-C添加量为10%时所制备样品的综合力学性能最好,其硬度值为26.80±1.2 GPa、抗弯强度为504±40 MPa、断裂韧性值为4.66±0.21 MPa·m~(1/2)。     

放电等离子烧结法制备Cu/金刚石复合材料的性能与显微组织

由于具备较高的热导率,铜/金刚石复合材料已成为应用于电子封装领域的新一代热管理材料。采用放电等离子烧结工艺（SPS）成功制备含不同金刚石体积分数的Cu/金刚石复合材料,研究复合材料的相对密度、微观结构均匀性和热导率（TC）随金刚石体积分数（50%、60%和70%）和烧结温度的变化规律。结果表明：随着金刚石体积分数的降低,复合材料的相对密度、微观结构均匀性和热导率均升高;随着烧结温度的提高,复合材料的相对密度和热导率不断提高。复合材料的热导率受到金刚石体积分数、微观结构均匀性和复合材料相对密度的综合影响。     

FeS/铜基复合材料的摩擦学性能

通过粉末冶金方法制备含FeS的铜基复合材料。采用MM-200型摩擦磨损试验机,以不锈钢为对偶件,分别在干摩擦和油润滑条件下对其摩擦磨损性能进行检测,利用SEM、XPS等技术对磨损表面进行观察和分析。结果表明:干摩擦条件下,材料中的FeS可以逐渐转移、附着在摩擦副表面形成固体润滑膜起减摩、抗粘着作用;油润滑条件下,FeS含量较低时,润滑油膜和FeS固体润滑膜可以起协同润滑作用,随着FeS含量的增多,协同润滑效果越来越明显;FeS含量较高时,铜基复合材料的强度、硬度较低,而且FeS颗粒含有较多微观孔隙,使摩擦副间的润滑油膜稳定性变差而易破裂,复合材料的摩擦磨损性能降低。     

石墨烯增强铜基复合材料显微组织和性能的研究

采用粉末冶金法制备了质量分数为0%(纯铜)、0.4%、0.8%和1.2%的石墨烯增强铜基复合材料,利用光学显微镜、高分辨场扫描电镜、高精度固体密度仪、数字式电导率仪和万能试验机对石墨烯增强铜基复合材料的微观组织和性能进行研究和分析。结果表明,铜粉纯度高、无杂质,随着石墨烯含量的增加,复合材料的孔隙率随之增加,而且石墨烯的团聚现象逐渐加重,晶粒尺寸呈现先降低后提高的现象,而石墨烯含量在0.8%时,晶粒尺寸最小为43.385 nm。以复合材料的物理性能方面来说,石墨烯增强铜基复合材料的密度和电导率呈现下降趋势。随着石墨烯含量的增加,复合材料的屈服强度和最大抗压强度呈现先上升后下降的趋势,而压缩率呈现逐渐下降的趋势,当石墨烯含量为0.8%时,屈服强度和最大抗压强度达到最大值,分别为80.79和332.88 MPa。     

石墨烯增强铜基复合材料的制备与性能

为了改善石墨烯在铜基体中的分散性和界面结合性,采用溶液混合法、球磨法使石墨烯包覆铜粉颗粒,采用真空热压烧结法制备石墨烯/铜基(GR/Cu)复合材料。利用扫描电子显微镜(SEM)观察复合粉体形貌,测试材料的致密度、硬度、导电性及摩擦磨损性能,并根据摩擦表面形貌分析磨损机制。结果表明:石墨烯能够均匀分散在铜基体中,随着石墨烯含量的增加,复合材料的硬度呈先增加后减小的趋势。当石墨烯质量分数为0.3wt%时复合材料综合性能较好,显微硬度为80 HV,比纯铜提高了12.7%,磨损量比纯铜减少了33%。     

SiC_p增强铜基复合材料的制备及性能

以水雾化铜粉为基体,加入SiC_p作为增强相,添加铁粉做强化组元,石墨为润滑剂,利用粉末冶金法通过热压烧结工艺制备了SiC_p/Cu复合材料。在MRH-3型高速环块磨损试验机上研究了复合材料在室温下的摩擦磨损性能。分析了SiC_p含量对复合材料力学性能及耐磨性能的影响。结果表明,SiC_p/Cu复合材料在力学性能、耐磨性能方面均表现良好;随着SiC_p含量增加,复合材料的相对密度逐渐下降,孔隙率逐渐增加,布氏硬度、抗弯强度以及耐磨性能均是先增大后减小;综合性能较好的是SiC_p含量为7.5%的试样;磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损。     

石墨烯增强铜基复合材料的制备及性能

为了解决石墨烯在铜基体中分散不均匀的问题,采用电荷吸引的方法将带负电荷的氧化石墨烯纳米片均匀的吸附在带正电荷的铜粉的表面,然后用粉末冶金的方法制备石墨烯增强铜基复合材料。采用扫描电镜,透射电镜,拉伸和导热测试等对石墨烯增强铜基复合材料的显微结构,力学性能和导热性能进行了研究。结果表明:石墨烯均匀的分散在铜基复合材料中,石墨烯在基体中的均匀分散和紧密的界面结合有效的提高了复合材料的性能。     

石墨烯增强铜基复合材料的制备及其微观组织与性能研究

利用分子级混合法在不同溶液水热温度(40、60、80、100℃)下制备还原氧化石墨烯(RGO)/铜纳米复合材料。通过原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、拉曼(Raman)光谱、X射线衍射仪(XRD)对不同溶液反应温度下制备的复合材料粉末进行微观组织分析,并对烧结后样品进行导电导热及力学性能研究以确定制备RGO/Cu纳米复合材料相对合适的溶液反应温度。结果表明,当溶液反应温度为80℃时,铜镀层能够连续致密覆盖在RGO表面,有效阻止其团聚并获得良好的界面结合。制备出1.0%(体积分数)RGO含量的复合材料的硬度比纯铜提高了90%,抗拉强度比纯铜提升了28.8%,导电导热性能也达到最佳值(热导率350W·m-1·K-1,电导率达89%IACS)。过高的溶液反应温度不利于复合材料获得良好的物理力学性能。     

基于SPS工艺制备的W-25 mass%Cu复合材料的组织与性能

采用放电等离子烧结(SPS)制备了W-25 mass%Cu复合材料,研究了烧结温度(900、950、1000、1050℃)对W-25 mass%Cu复合材料微观组织和性能的影响规律,重点研究了其耐电弧烧蚀行为。结果表明：采用SPS工艺制备的W-25 mass%Cu复合材料的组织分布均匀;随着烧结温度的升高,复合材料的致密度、导电率和硬度呈现出先增加后减小的趋势。当烧结温度为1000℃时,W-25 mass%Cu复合材料的综合性能最佳,其致密度、导电率和硬度最高,分别为96.7%、42.86%IACS和205.5 HB;压缩强度和断裂应变取得最大值,分别是875 MPa和26%。W颗粒的动力学生长行为研究结果表明晶格扩散是W颗粒长大的主导机制。在电弧烧蚀过程中,随着烧结温度的升高,W-25 mass%Cu复合材料表面的侵蚀区域先变小后增大、烧蚀坑逐渐变浅、烧蚀坑直径变宽。与900℃烧结制备的W-25 mass%Cu复合材料相比,1000℃烧结制备的W-25 mass%Cu复合材料的烧蚀坑直径扩大了47.3%,烧蚀坑深度降低了50%。     

SPS法制备MgO/Cu复合材料抗电蚀性能研究

以纳米级MgO颗粒为增强相,采用SPS法(Spark Plasma Sintering)制备了体积分数为1%、3%、5%、8%的MgO/Cu复合材料,并在JF04C电接触触点材料测试系统上进行了抗电弧侵蚀性能测试。结果表明,随着MgO含量的增加,MgO/Cu复合材料的相对密度和电导率降低,硬度先升高后降低,材料质量转移量逐渐减小,抗电蚀性能逐渐提高,其中MgO含量为5%时,综合性能最好,硬度(HV)达到110,电导率为45.24 MS/m,抗电蚀性能转移量为0.1 mg。组织观察表明,MgO颗粒含量为1%~5%时,颗粒在基体内分布均匀致密、晶粒细小,触头表面熔化程度逐渐减小,而当MgO含量达到8%时,MgO颗粒在铜基体中出现一定程度的团聚,这也是影响MgO/Cu复合材料综合性能变化的主要原因。     

SPS合成碳纳米管增强Nb/Nb_5Si_3复合材料的组织和性能

采用放电等离子烧结法(SPS)原位合成了多壁碳纳米管(CNTS)增强Nb/Nb_5Si_3复合材料,研究了不同含量的碳纳米管对Nb/Nb_5Si_3复合材料的组织和性能的影响。研究表明:Nb/Nb5Si3复合材料的相组成主要为Nb、α-Nb_5Si_3和γ-Nb5_Si_3,当CNTS加入量达到2%(质量分数)时开始出现了新相Nb_4C_3。复合材料的力学性能(抗压缩强度、断裂韧性)随着碳纳米管含量的增加而增加,加入2%CNTs时达到最大值,抗压缩强度和断裂韧性提高幅度分别达到56%、31%;随后加入3%CNTs时,抗压缩强度和断裂韧性都有所降低。复合材料断口的扫描电镜照片表明,复合材料的断裂模式主要为脆性解理断裂并有部分沿晶断裂,复合材料的增韧化作用主要是由于碳纳米管的拔出效应和桥联机制。     

SPS制备SiCp/Al-4.2Cu-xMg复合材料的显微组织及力学性能

采用放电等离子体烧结(SPS)技术制备了Mg含量分别为1.6、4和6 mass%的30 vol%SiCp/Al-4.2Cu-xMg复合材料。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱仪(EDS)和万能试验机等研究了复合材料的微观形貌、相组成和力学性能。结果表明,Mg₂Si、Al₂CuMg和Al₂Cu相为SiCp/Al-4.2Cu-xMg复合材料的主要析出相,并存在Al-Fe-Mn(-Si)不溶相;随Mg含量的增加,复合材料的抗压强度提高,塑性减小,T6热处理对Mg含量为1.6和4 mass%时的复合材料强化作用较大,与未经热处理的复合材料相比,抗压强度分别提高了11.2%和12.4%,伸长率分别提高了47.6%和35.7%。     

碳纳米管铜基复合材料的制备

利用CVD法制备多壁碳纳米管，并对其进行亲水化表面处理。在存在表面活性剂的情况下，利用共沉积法制备碳纳米管一超细铜粉复合粉体。复合粉体经还原后，采用冷压烧结、六面顶热压、真空热压烧结和真空热压后热轧4种不同工艺成型。利用SEM和XRD比较了这几种工艺成型的复合材料结构和被氧化的情况。结果表明，采用真空热压后热轧工艺制备的碳纳米管铜基复合材料的致密度较高且能有效地防止被氧化。     

铝热反应法制备Mo增强铜基纳米复合材料的组织与性能

采用铝热反应-自蔓延烧结法制备了钼质量分数分别为5%、10%、20%的Mo增强铜基复合材料。采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜和透射电镜分析了复合材料的物相及微观组织形貌,并研究了钼添加量对复合材料力学性能、导电性能、热膨胀系数的影响。结果表明:该工艺制得的复合材料基体晶粒尺寸均达到纳米级,致密度均达到90%以上,硬度较纯铜提高40%以上,导电性能良好(72%IACS以上)。随着钼质量分数的增加,复合材料的硬度增加,致密度、电导率及热膨胀系数下降。当钼质量分数为20%时,复合材料的致密度为91.88%,电导率为72%IACS,硬度是纯铜的2倍,热膨胀系数较纯铜降低了13%,综合性能最佳。复合材料硬化的主要机理为强化相钼和铜基体弹性模量差别引起的模量硬化。