Cu/SiCp(SiO2)复合材料的制备与性能研究

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Cu/SiCp金属陶瓷复合材料兼具有铜的高电导率和碳化硅的高模量等特点,在汽车、电子、先进武器系统中均具有广泛的应用前景。碳化硅增强体含量、碳化硅与铜两相界面对复合材料的性能具有重要的影响,添加适量的增强体碳化硅颗粒并对两相界面合理调控,能够得到结构均匀、性能优良的复合材料。本文采用溶胶凝胶法在微米碳化硅颗粒表面均匀地包裹上无定形态SiO2,然后采用化学置换反应法在SiC前驱体表面包覆单质Cu,制备出Cu/SiC(SiO2)复合粉体;通过差热分析仪、x射线衍射仪、Zeta电位仪、扫描电子显微镜等检测方法对复合粉体的形貌结构与成分进行表征;采用真空热压烧结制备碳化硅增强铜基复合材料,通过对复合材料的显微结构、成分和密度的表征,分析制备过程工艺参数对材料的结构和性能的影响;对获得的Cu/SiC(SiO2)金属陶瓷复合材料进行电学性能测试,研究SiO2界面调控对复合材料高温电阻率的影响,根据空间电荷效应理论对材料界面性能进行分析。实验结果表明:利用溶胶凝胶法,可以在SiC颗粒表面均匀的包裹上一层无定形SiO2,包裹效果受反应体系酯醇水配比、温度和pH值的影响;利用化学置换反应法制备Cu包裹含SiO2的SiC复合粉体,SiO2的存在能够促进两相界面润湿性结合。复合粉体热分析表明:复合粉体在1058℃左右出现Cu2O-SiO2低共熔混合物,从1148℃开始SiO2由非晶向晶体转变,温度高于1170℃时,Cu与SiC发生严重界面反应,生成多种CuxSi化合物。利用真空热压烧结法能够制备出Cu/SiC(SiO2)复合材料,性能分析表明:增强体颗粒SiC为25vol.%、SiO2添加量占总体积的20vol.%、合成温度为50℃、真空热压烧结温度为800℃条件下,制备出的复合材料综合性能最佳;热压烧结过程,复合材料致密化过程是由流动传质、扩散传质、溶解沉淀三种传质机理共同作用完成。对Cu/SiC(SiO2)进行电学性能分析,发现SiO2的存在改变了Cu/SiC复合材料界面结构与界面组分,并显著改变复合材料的空间电荷界面极化行为。
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