纯钼骨架熔渗Mo-Cu合金工艺研究

研究了利用纯钼骨架熔渗法制备Mo70Cu30、Mo60Cu40(质量分数)合金的相关工艺。结果表明:试验原料可选取经高温预处理及筛分后费氏粒度为5.2μm,粒度分布范围较窄及C、O含量低的纯钼粉,不添加诱导Cu粉。利用限位法压制成型的钼素坯经H2气氛在1200～1300℃预烧结出孔隙率ε(%)为33.5%、45.2%的纯钼骨架,在H2气氛熔融态Cu中经1 200～1 350℃熔渗60～120 min可制得Cu含量为31.3%、40.7%的Mo70Cu30、Mo60Cu40合金。利用纯钼骨架熔渗法制备的Mo-Cu合金相对密度可达到98%以上,微观形貌可见Mo、Cu两相均匀分布。     

熔渗钼铜合金的制备及热学性能

本文采用多孔钼骨架熔渗铜的方法制备了铜含量在15％-30％（质量分数）的钼铜复合材料。通过SEM对其骨架的微观形貌及金相组织进行了观察,并对其热膨胀系数及热导率进行了测试。结果表明,钼骨架形貌、熔渗温度是影响钼铜合金熔渗的主要因素。添加剂添加会使钼骨架孔隙形貌平滑圆润,有利于熔渗进行。在1350℃下熔渗制备的钼铜合金微观组织均匀,表现出优异的热学性能。     

渗铜用钨骨架制备工艺的研究进展

钨铜复合材料结合了钨的高熔点、高硬度、低膨胀系数和铜的高导电、导热性能,是一种性能十分优良的复合材料。熔渗法是目前制备钨-铜材料中广泛应用的方法,而熔渗法制备钨铜材料的关键是怎样获得一定致密度的钨骨架。目前制备钨骨架常用的方法主要有以下4种：（1）高温烧结;（2）模压成形;（3）挤压成形;（4）注射成形。本文就目前这4种常用钨骨架的制备工艺进行了简要的介绍和评述。     

熔渗-锻造-轧制制备Mo-15％Cu的研究

Mo-Cu合金由于其高导热性和可调的低热膨胀性而得到广泛应用.但是,目前Mo含量高于80％(质量分数,下同)的Mo-Cu合金的制备存在很大困难.提出了一种制备高Mo含量的Mo-Cu合金的新方法:将Mo粉压制成相对Mo-15％ Cu合金密度的60％的压坯;Mo压坯与合金成分配比所需质量的Cu片一起在1200℃熔渗2h得到...     

真空-压力熔渗制备B4C基金属陶瓷复合材料的研究

采用真空-压力熔渗工艺制备了B4C/Al金属陶瓷复合材料.由于真空-压力熔渗工艺可以在较低的熔渗温度(低于1100℃)下制备B4C/Al复合材料,避免了高温下B4C与金属Al反应产生其它脆性中间相,可以制备材料相对密度＞98%,抗弯强度为360～420 MPa,断裂韧度为10～11 MPa·m1/2的高性能B4C/Al金属陶瓷复合材料.     

熔渗法制备高导热金刚石/Cu复合材料

利用真空热压熔渗技术制备金刚石/Cu复合材料。研究熔渗工艺、金刚石表面镀覆条件等对制备出的金刚石/Cu复合材料的热物理性能的影响。通过理论分析和试验数据可以发现:利用熔渗工艺制备出的金刚石/Cu复合材料中增强体金刚石的石墨化程度非常低,对复合材料的热性能影响很小;提高复合材料的致密度以及降低复合材料的界面热阻是提高复合材料热导率的主要方法,通过改变工艺参数和在金刚石表面镀覆金属层等方法可以提高复合材料的致密度并降低材料的界面热阻;采用180~210μm粒径镀Cr金刚石制备的金刚石体积分数为60%、相对密度为99.1%的复合材料热导率达到462 W·m-1·K-1。     

熔渗法制备低铜W-Cu合金

采用熔渗法制备低渗铜量W-Cu合金,研究烧结后骨架的粒度组成及致密化程度、渗铜量的控制,以及合金组织结构对力学性能的影响.结果表明:采用"双重晶粒结构"湿磨工艺、添加诱导金属和机械合金化可有效提高钨骨架烧结特性和致密度;采用真空烧结技术可以精确控制渗铜量;调整Cu的质量分数或W粉晶粒尺寸可以提高合金的力学性能.     

钨渗铜复合材料致密化机理研究

以粗细钨粉和铜丝为原料,采用粉末冶金工艺制备钨骨架,随后通过液态熔渗铜的方法制备低铜含量(质量分数低于10%)的钨渗铜复合材料。利用电子天平、金相显微镜和扫描电镜分析材料的致密度及显微组织,对材料在制备过程中的致密化机理进行探讨。结果表明:钨渗铜复合材料熔渗过程的驱动力既有毛细管力又有晶界扩散作用,熔渗路径可用根系模型来阐释;在钨骨架中加入Ni等诱导金属可强化熔渗过程;低铜含量的致密钨渗铜复合材料需制备高致密度且具有联通晶界或孔隙的钨骨架。     

激光烧结成形结合熔渗制备钨铜射孔弹药型罩

选用形貌规则、多面体的还原钨粉与电解铜粉为原料,通过激光烧结制备钨铜药型罩骨架,在1 150℃、氢气保护下渗铜,获得钨铜射孔弹药型罩。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)等测试手段进行分析表征,研究激光功率与扫描速率的影响,通过打靶实验考察药型罩的穿深性能,并与普通模压法制备的钨铜射孔弹药型罩进行对比。结果表明,通过激光烧结可获得密度分布均匀的钨铜药型罩骨架,高温渗铜后得到接近全致密且密度分布均匀的钨铜药型罩;用此药型罩制备的89型射孔弹表现出优异的穿深性能,其平均穿深可以达到964 mm,较普通模压药型罩制备的射孔弹穿深性能提高52%。     

熔渗用多孔钼骨架制备工艺研究

采用2种不同粒度的钼粉,在其中添加不同比例的添加剂,经压制烧结,制备了孔隙率在10%～50%的熔渗钼铜合金用多孔钼骨架。通过SEM对多孔钼骨架的微观形貌进行了观察,并研究了制备及烧结过程中粉末粒度、添加剂含量、压坯致密度及烧结温度对钼骨架孔致密化及孔隙形貌的影响。     

机械热化学法制备的Mo-Cu复合粉末及其性能

钼酸铵热解氧化物与铜粉经过球磨混合后,在H2气氛下进行共还原,制得Mo-30Cu复合粉末,利用X射线衍射、SEM等测试分析手段对复合粉末进行表征,研究粉末的压制行为和烧结性能,并研究烧结温度对Mo-Cu合金的致密度、热导率和电导率的影响。结果表明:采用机械-热化学法可以制备出颗粒均匀的Mo-Cu复合粉末,该粉末具有良好的压制性;随烧结温度的升高,Mo-Cu合金的致密度、热导率和电导率提高,经1 280℃烧结后,合金的致密度可达99%以上,显微组织分布均匀,合金的热导率最高达到196.5(W.m-1.K-1),电导率达50.5 IACS。     

甘氨酸硝酸盐法制备超细Mo-Cu粉末及烧结

以四水合钼酸铵（（NH4）6Mo7O24·4H2O）、硝酸铜（Cu（NO3）2·3H2O）、甘氨酸和乙二胺为原料采用甘氨酸硝酸盐法（GNP）制备前驱体粉末,经过700℃氢气还原2 h得到Mo-Cu 复合粉末,经压制后进行真空烧结,研究不同烧结温度对Mo-Cu 烧结体性能的影响.结果表明：甘氨酸-硝酸盐法（GNP）制备的超细Mo-Cu 复合粉末形状规则、大小均匀、钼铜两相弥散分布,颗粒大小平均为50~80 nm.在950~1250℃范围内,随着烧结温度的升高,烧结体的硬度增大,致密度、电导率和热导率在1150℃达到最大值.     

Mo-Cu和W-Cu合金的制备及性能特点

讨论了采用熔渗法制备高密度钨铜和钼铜合金, 综合其密度、比热容、热膨胀系数、导热系数等基本数据, 比较了合金的热物理性能及其应用上的特点. 结果表明: 与W-Cu合金相比, Mo-Cu合金从热力学角度考虑制备更困难, 采用特殊工艺方可获得高致密性;Mo-Cu合金质轻且散热速率和稳定性优良, 与常用基片材料Al2O3、芯片材料GaAs的热膨胀匹配性更好.     

微波辅助化学镀铜制备CNTs/Cu复合粉体

碳纳米管(CNTs)表面化学镀是粉末冶金法制备CNTs增强金属基复合材料的重要预处理过程,也是提高其与金属基体界面结合强度的重要途径。本文通过微波辅助化学镀铜法制备CNTs-Cu复合粉体,并对该方法的反应速率和反应效果进行研究。通过碘量法测试镀液中Cu~(2+)的浓度表征反应速率,XRD检测复合粉体中的物相组成,SEM和TEM分别观察复合粉体的微观形貌和结构。实验发现微波辅助化学镀的反应速率是常规化学镀方法的12倍,XRD和电子显微镜分析表明,微波辅助化学镀铜的效果良好,Cu颗粒还原较为充分,CNTs表面附着大量纳米铜颗粒,铜颗粒与CNTs结合紧密,且分布均匀。     

溶胶-凝胶法制备超细Mo-Cu粉末及性能表征

以七钼酸铵和硝酸铜为原料通过溶胶-凝胶法制备Cu含量(质量分数)为20%的超细Mo-Cu复合粉末,再在1050～1200℃下烧结粉末压坯制得Mo-Cu复合材料;通过热重分析(DTA-TG)、X-ray衍射分析(XRD)和透射电镜(TEM)等分别对干凝胶煅烧前后的粉体以及还原后所得Mo-Cu复合粉末进行表征,通过扫描电镜观察Mo-Cu烧结体的显微组织,并对其密度、物理和力学性能进行测定,探索制备高致密、高性能Mo-Cu复合材料新工艺.结果表明:通过溶胶-凝胶法可以制得平均粒度为150nm、组成均匀的Mo-Cu超细粉末,该粉末具有良好的烧结性能,其成形压坯在1200℃下于H2气氛中烧结90 min后,相对密度可达99.78%,烧结体的抗弯强度和维氏硬度分别为988 MPa和HV 227,电导率和导热系数分别为42.56%IACS和157 W/(m·K),室温至450℃的热膨胀系数在6.7×10-6～7.6×10-6K-1之间.     

FeSiAlCr合金/W型六角晶系Ba铁氧体复合粉体的制备及微波特性

以雾化Fe85Si2Al6Cr7粉和溶胶凝胶法制备的W型六角晶系Ba1Co0.9Zn1.1Fe16O27铁氧体粉末为原料,通过高能球磨复合改性得到FeSiAlCr合金/W型六角晶系Ba铁氧体复合粉体。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对该粉体的微结构和形貌进行分析和观察,利用微波矢量网络分析仪系统测定粉体试样在2~18 GHz频段内的复介电常数和复磁导率以及吸波涂层试样板的吸波性能,研究该复合粉体的微波电磁特性和电磁损耗性能。结果表明,FeSiAlCr合金/W型六角晶系Ba铁氧体复合粉体颗粒保持W型铁氧体的六角片状晶粒形貌和微结构;其ε′、ε″、μ′和μ″均高于W型铁氧体而低于Fe合金的对应值;FeSiAlCr合金含量与复合材料的磁损耗和介电损耗的相对强弱密切相关,Fe合金含量适中的复合材料,其吸波涂层厚度为2 mm时,在2~18 GHz全频段的吸波性能高于20 dB,峰值点达50 dB。     

反重力渗流铸造法制备开孔泡沫铝材料

采用反重力渗流铸造法成功制备了开孔泡沫铝材料,分析了材料的准静态压缩性能及主要制备工艺参数与开孔泡沫铝空隙度之间的关系。研究结果表明：采用反重力渗流铸造法所制备的泡沫铝几乎没有宏观缺陷,孔洞分布均匀、孔壁结构完整;泡沫铝的空隙度对其压缩性能的影响很大,泡沫铝的屈服强度与平台应力均随空隙度的降低而升高;提高粒子预热温度、增大保压压力或延长保压时间,均有助于降低空隙度。     

粉末熔渗制备C/C-ZrC-Cu复合材料的组织结构

以Cu-Zr混合粉末为熔渗剂,密度为1.4 g/cm3的多孔C/C复合材料为坯体,采用反应熔渗法制备C/C-ZrC-Cu复合材料,研究了复合材料的组织结构及物相组成,并对复合材料组织结构的形成机理进行了分析。结果表明:熔渗剂中Zr含量不同时,制备的复合材料均主要由C,ZrC和Cu相组成。随熔渗剂中Zr含量由50%增加到70%(质量分数),制备的复合材料中Cu含量逐渐降低,熔渗剂中Zr含量为60%时复合材料中ZrC含量最高(43.2%)。C/C复合坯体内的孔隙被反应生成的ZrC相及残余Cu相充分填充,炭纤维周围存在一层较致密的ZrC层,在远离炭纤维处,ZrC颗粒与Cu相呈混合分布状态。ZrC与C和Cu均有良好的界面结合状态,在ZrC颗粒长大和粗化过程中,形成了部分含内嵌Cu晶粒的较大ZrC颗粒。     

Simulation of metal-matrix composite isothermal infiltration processing

In pressure infiltration processing of metal-matrix composites, molten metal is injected under external pressure into a porous preform of the reinforcing phase and solidified, either during infiltration or after the mold is filled. If infiltration is isothermal, the physics of the process are similar to drainage phenomena encountered in soil mechanics. Using this similarity, a finite-element software is developed to simulate metal-matrix composite infiltration by adaptation of a code originally developed for soil mechanics. Solutions are given for isothermal infiltration of porous preforms by a molten metal under any increasing function of the applied pressure vs time, taking into account capillary phenomena. Experimental validation is performed using SAFFIL alumina fiber preforms infiltrated with an aluminum matrix in a series of isothermal infiltration experiments in unidirectional and axisymmetric configurations. Numerical and experimental data show good agreement, both in terms of infiltration kinetics and porosity distribution. The simulation tool can, thus, be applied for isothermal infiltration of complex geometries and boundary conditions and aid mold design and process parameter optimization.