放电等离子法制备SiC/Cu复合材料及其性能研究

以Cu、SiC粉末为原料,用放电等离子法制备SiC/Cu复合材料;利用X射线衍射仪分析不同球磨时间的混合粉末物相;用扫描电镜观察粉末的形貌,并进行粒度分析.研究了不同压力下SiC/Cu复合材料的致密度和显微硬度,研究了SiC含量对该复合材料硬度、密度和摩擦磨损性能的影响,并讨论了其磨损机制.结果表明:在50 MPa的烧结压力下,该复合材料的致密度和硬度最优异,SiC含量为10％时,该复合材料的摩擦磨损性能最好,其磨损机制主要是黏着磨损和磨料磨损.     

Ag/Cu/Fe系层状复合材料的制备及性能

采用新工艺制备了Ag／Cu／Fe系层状复合材料。研究了在不同变形量、热处理温度和一定保温时间下材料的电学和力学性能的变化,得出材料的最佳热处理条件,并探讨了变形过程中性能变化的机理。     

一种新型的制备SiC复合材料的装置设计

通过分析和研究,设计了一种新型的制备碳纤维增强碳化硅复合材料的装置,克服原有方法制备Cf／SiC复合材料耗时、耗能及低安全性的不足。提高了制备材料的质量和生产效率,降低了生产成本。     

电铸制备TiB_2/Cu复合材料的性能

使用粒度约为3μm的导电陶瓷TiB_2颗粒作为铜基复合材料的增强相,在酸性硫酸铜溶液中用电铸方法制备TiB_2/Cu电火花加工用工具电极。用扫描电镜和金相显微镜观察其组织结构,用维氏硬度计测量硬度,用中性盐雾试验测量其耐腐蚀性,用电火花加工脆硬材料衡量其抗电蚀性。结果表明:电铸Cu与TiB_2/Cu晶粒平均直径分别为30,10μm,硬度分别为984,1235 MPa,腐蚀失重分别为47.8,40.3 mg;TiB_2颗粒的加入可显著细化晶粒,提高硬度、耐腐蚀性和抗电蚀性。     

不同工艺对SiC/Cu复合材料界面结合的影响

采用包裹法和机械合金法制备了SiC∶Cu为20∶80(体积比)的SiC/Cu复合材料.采用XRD,SEM及EDAX能谱对粉体和烧成样品的物相、断口显微形貌及断口物质成分进行了表征.结果表明:采用包裹法在制备复合粉体过程中出现Cu2O,其含量在烧结过程中减少,包裹法制备的烧成样品SiC颗粒和Cu结合成"核-壳"结构,两相分布比机械合金法更均匀,界面结合更好,强度更高.     

SiC体积分数对铜基复合材料性能的影响

采用热压粉末冶金法引入Al和Mg元素制备SiC/Cu复合材料,研究SiC体积分数对SiC/Cu复合材料性能的影响。采用X射线衍射、阿基米德排水法、三点弯曲法和扫描电镜分析复合材料样品的物相组成、相对密度、力学性能及微观形貌,并测定其导热系数和热膨胀系数,用ROM混合定律和Turner模型预测复合材料的热膨胀系数。结果表明：试样基体中生成了AlCuMg相,强度大幅增加,且以混合型断裂为主;当SiC体积分数较低时,SiC颗粒在基体中分散较均匀。当SiC体积分数为35%时,SiC/Cu复合材料的致密度、抗弯强度、导热系数和热膨胀系数分别为98.81%、478 MPa、254.76 W/(m·K)和11.84×10^-6/K。随着SiC体积分数的增加,SiC颗粒团聚较严重,复合材料的致密度、抗弯强度、导热系数和热膨胀系数随之降低,其硬度呈先增加后降低的趋势,在SiC体积分数为45%时达到最大值110 HRB。Turner模型的预测值与复合材料实测值最为接近。     

以新型先驱体浸渍裂解制备SiC/SiC复合材料弯曲性能研究

以一种新型先驱体LPVCS为原料、KD-1型SiC纤维作为增强相,采用先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备了SiC/SiC复合材料,并对其性能及微观形貌进行表征。实验结果表明,以LPVCS为先驱体、经过热模压辅助成型工艺处理的材料密度为2.11g/cm3,孔隙率为6.25%,而且材料制备周期大大缩短。采用CVD工艺在SiC纤维表面制备裂解碳涂层可有效降低裂解过程中高温对纤维造成的损伤,而且可改善纤维与基体界面的结合,使材料抗弯强度达619.4MPa,断裂韧性达29.1MPa·m1/2,较无涂层的纤维增强复合材料更高。     

(SiC)TiN/Cu复合材料的热物理性能和焊接性能

以醇盐水解-氨气氮化法在SiC颗粒表面包覆TiN,然后采用放电等离子体烧结进行致密化,重点分析所制备的(SiC)TiN/Cu复合材料的热物理性能和焊接性能。结果表明:醇盐水解-氨气氮化法能够制备出TiN包覆SiC复合粉末,TiN包覆层均匀连续,能够提高材料的致密度并改善界面结合。(SiC)TiN/Cu复合材料的热膨胀系数介于8.1×10-6～11.9×10-6K-1之间,并且随着SiC体积分数的增加而降低。(SiC)TiC/Cu复合材料经过8次热循环以后的残余塑性应变为4.0×10-4。当SiC的体积分数为30%时,复合材料的热导率达到270W·m-1·K-1。Ag-Cu-Ti钎料在900℃时能在(SiC)TiN/Cu复合材料上完全铺展,具有良好的润湿性。(SiC)TiN/Cu复合材料与Ag-Cu-Ti钎料焊接接头的剪切强度高达56MPa。     

TiB_2/Cu复合材料微波烧结制备工艺探讨

以TiB2/Cu复合粉末压坯为研究对象,应用微波烧结炉对其进行烧结。探讨了微波烧结制备TiB2/Cu复合材料的几种基本的工艺因素。结果表明,在微波烧结条件下,以SiC粉末作为辅助加热,可以得到较快的升温速率,并且温度易于控制;将试样放置于SiC粉末上,可以较好地进行温度测量,试样烧结外观较好;随着烧结温度和时间的增大,试样致密度有所提高。在1 000℃烧结10min得到的致密度最高。     

Gra./Cu和CNTs/Cu复合材料的截流值与阴极斑点研究

采用粉末冶金方法制备石墨铜复合材料(Gra./Cu)和碳纳米管铜复合材料(CNTs/Cu),研究2种铜基复合材料的真空电弧截流现象和阴极斑点特性。结果表明,与Gra./Cu相比,CNTs/Cu在真空放电过程中电弧更加稳定,且分散性好,截流值小;在正对阳极处CNTs/Cu的真空电弧烧蚀坑明显比Gra./Cu的细小,灼痕直径约为0.1～5μm,分布面积也较小,而Gra./Cu的灼痕直径为10～100μm;两者的相同之处在于,在电击穿过程中阴极斑点的运动呈一种随机的、突变式的跳跃,而且选择性发生在Cu相上,Cu相被消耗。总之,CNTs/Cu比Gra./Cu具有更高的耐电弧烧蚀能力,CNTs的加入可以有效地增加铜基复合材料的电弧稳定性和降低截流值。     

纳米Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子的制备及其催化性能

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用化学沉积法制备了纳米Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子,利用TEM、SEM、XRD、EDS、BET、XPS等方法对产物的形貌、结构、元素含量进行了表征,并应用DSC研究了纳米Ni、Cu、CNTs等单一纳米粒子及Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子对AP热分解的催化作用.结果表明:Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子结晶好、包复均匀、比表面积大.纳米Ni、Cu等单一纳米粒子和Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子均能使AP热分解的高温分解峰峰温降低、表观分解热增加,具有良好的催化性能.相比较而言,纳米复合粒子的催化性能均优于其相应单一组分,表现出良好的正协同作用.复合粒子中以Cu/CNTs复合粒子的催化效果最为显著,使AP的高温分解峰峰温降低112.15℃,使总表观分解热增加839 J/g.并初步探讨了催化机制.     

不同工艺对SiC／Cu复合材料界面结合的影响

采用包裹法和机械合金法制备了SiC：Cu为20：80（体积比）的SiC／Cu复合材料。采用XRD，SEM及EDAX能谱对粉体和烧成样品的物相、断口显微形貌及断口物质成分进行了表征。结果表明：采用包裹法在制备复合粉体过程中出现Cu2O，其含量在烧结过程中减少，包裹法制备的烧成样品SiC颗粒和Cu结合成“核．壳”结构，两相分布比机械合金法更均匀，界面结合更好，强度更高。     

无压浸渗法制备SiC/Cu-Al复合材料的工艺研究

以Cu包裹SiC颗粒形成的SiC/Cu复合粉体为增强体,采用无压浸渗工艺制备含SiC为70%体积分数的SiC/Cu-Al复合材料。通过正交试验研究了制坯压力、浸渗温度和浸渗时间对浸渗深度的影响。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了复合材料的形貌和相结构。结果表明,在制坯压力10 MPa、浸渍温度850℃、浸渍时间3 h条件下,SiC/Cu-Al复合材料的组织均匀、致密度好、无明显气孔缺陷,其膨胀系数为6.932 3×10-6/℃。     

混杂增强(CNTs+TiB2)/Cu复合材料制备与性能

本文以碳纳米管（CNTs）和TiB2颗粒作为增强相,首先利用球磨、表面吸附和热压烧结相结合技术制备具有层叠结构的CNTs/Cu复合材料,改善了CNTs在铜基复合材料中易团聚问题。CNTs/Cu复合材料的致密度和导电率随CNTs含量增加而降低,抗拉强度和伸长率随CNTs含量增加先升高后降低,当含量为0.1 wt.%时综合性能最优,致密度、导电率和抗拉强度分别为97.57%、91.2 %IACS和252 MPa。而球磨后热压烧结的1 wt.% TiB2/Cu复合材料致密度、导电率和抗拉强度分别为97.61%、58.3 %IACS和436 MPa。在此基础上,将TiB2颗粒原位引入到具有层叠结构的CNTs/Cu复合材料,制备获得混杂增强(CNTs+TiB2)/Cu复合材料。相比单一CNTs（或TiB2）增强铜基复合材料,(CNTs+TiB2)/Cu复合材料的强度提升显著。其中,(0.1 wt.% CNTs+1 wt.% TiB2)/Cu复合材料的导电率和抗拉强度分别为56.4 %IACS和531 MPa,相比1 wt.% TiB2/Cu,其导电率仅降低3.3%,而抗拉强度则升高21.8%。这主要归因于片层间CNTs可起承担和传递载荷作用,同时片层间弥散分布的TiB2颗粒可以钉扎位错,两种强化机制共同作用使(CNTs+TiB2)/Cu复合材料的抗拉强度显著提升。     

PIP法制备SiC_f/SiC复合材料导热性能影响因素研究

以国产连续SiC纤维和聚碳硅烷(PCS)为原料,采用先驱体转化法(PIP)制备了系列SiC_f/SiC陶瓷基复合材料(SiC_f/SiC-CMC).采用激光导热仪、扫描电镜(SEM)等分析手段初步研究了热处理温度、纤维铺排方式、碳涂层、纤维体积含量、孔隙率等因素对SiC_f/SiC-CMC结构和导热性能的影响.结果表明:热处理温度越高,SiC_f/SiC-CMC导热性能越好;纤维铺排方式对于导热性影响不大,而与热流传递的方向有关.增加纤维体积含量可以提高复合材料的导热性能,但碳涂层引入后SiC_f/SiC-CMC导热性能明显降低.应尽量提高SiC_f/SiC-CMC的致密化程度,以提高其导热性能.     

退火温度对轧制复合Cu/Mo/Cu电子封装材料性能的影响

研究了不同退火温度对轧制复合Cu／Mo／Cu电子封装材料性能的影响。结果表明退火温度对复合材科日刁剪切强度、轧向导电能力和厚度方向导热能力有显著影响，退火温度为850℃时，Cu／Mo／Cu电子封装材料的综合性能最好。     

SiC（Cu）／Fe复合材料制备工艺研究

采用非均相沉淀法制得Cu包裹SiC复合粉体，利用粉末冶金和常压烧结制备SiC（Cu）／Fe复合材料。利用Zeta电位仪、XRD，EDS以及SEM等手段对包裹粉体和烧结样品进行了分析。结果表明，采用非均相沉淀法可以得到Cu／SiC复合粉体。包裹后的粉体与原始SiC粉体的表面电位不同，达到了对SiC颗粒表面改性的目的。Cu作为过渡层改善了SiC／Fe的界面相容性，在1050℃烧结的样品只有微量的FeSi或Fe2Si生成，界面反应得到有效控制，获得化学结合的界面，温度过低不能烧结致密，温度过高出现大量缺陷。     

热挤压变形改善Cu/FeS复合材料的性能

利用金相显微镜,透射电镜和硬度实验等手段考察了不同Fes含量Cu/Fes复合材料挤压前后的显微组织和性能变化.结果表明:经过热挤压后的复合材料组织均匀性得到了极大的改善,纵截面出现了纤维状排列的组织,材料的致密度和硬度得到改善,电导率有所降低,并分析了其原因.     

添加Cu对SiCp/Al-Si复合材料组织与性能的影响

利用X射线衍射仪、扫描电镜、电子天平、力学性能试验机等研究了Cu元素含量对粉末冶金法制备的SiC_p/Al-Si复合材料组织与性能的影响。结果表明:添加Cu元素后,材料的致密度、硬度、抗拉强度及耐摩擦磨损性能都获得了较大的提高,且强度在Cu含量为4%(质量分数)时达到最大值。由于在基体中以铜粉的形式添加Cu元素时,较低温度下即可在Al-Cu边界通过互扩散形成液相,从而填充基体及界面处的缝隙、孔洞等缺陷;并且在压坯快速冷却到室温的过程中,生成的α-Al和Al₂Cu相均对材料有强化作用,使得复合材料的综合力学性能获得提高。