【摘 要】
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铜基复合材料在人类社会的发展进程中起到了重要作用,随着现代工业的迅猛发展,对铜基复合材料的性能提出了许多更高更新的要求。Cu-Ti C复合材料因具有良好的导电导热性,较高的强度硬度,较优的耐磨损性能而广泛应用于电子电工、交通运输和航天航空等领域。然而Ti C颗粒与Cu基体之间的润湿性差,界面结合强度弱,很大程度上限制了该复合材料的性能提升和广泛应用。三元层状陶瓷Ti2Al C相兼具金属和陶瓷的优异
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.5180413）； 国家自然科学基金（No.51871114）；
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铜基复合材料在人类社会的发展进程中起到了重要作用,随着现代工业的迅猛发展,对铜基复合材料的性能提出了许多更高更新的要求。Cu-Ti C复合材料因具有良好的导电导热性,较高的强度硬度,较优的耐磨损性能而广泛应用于电子电工、交通运输和航天航空等领域。然而Ti C颗粒与Cu基体之间的润湿性差,界面结合强度弱,很大程度上限制了该复合材料的性能提升和广泛应用。三元层状陶瓷Ti2Al C相兼具金属和陶瓷的优异性能,在结构上Al原子与其它两种原子都属于弱键结合,在高温下这种弱键容易断裂,Al原子易于扩散出来。基于此,本文拟首先采用纯Cu粉和质量分数为1%的Ti2Al C粉通过高能球磨和放电等离子体烧结技术制备了Ti C0.5/Cu（Al）复合材料,在此基础上通过添加Cu2O粉作为固相氧源制备了Ti C0.5-Al2O3/Cu复合材料,主要研究了烧结温度、球料比和球磨时间对Ti C0.5/Cu（Al）复合材料显微组织和性能的影响,一次球磨和二次球磨对Ti C0.5-Al2O3/Cu复合材料显微组织和性能的影响,两种材料均经过70%变形量的冷轧处理。采用了金相显微镜、场发射扫描电子显微镜和场发射透射电子显微镜对复合材料的显微组织进行表征,通过维氏硬度计、导电仪和万能电子试验机测试了复合材料的相对密度、硬度、导电率和拉伸性能。研究结果表明:（1）将Cu-1 wt.%Ti2Al C混合粉末在不同温度下烧结,发现当烧结温度为900℃时,Ti2Al C彻底分解成Ti C0.5颗粒,Al原子脱离初始位置进入Cu基体形成Cu（Al）固溶体,成功制备出Ti C0.5/Cu（Al）复合材料;随着球料比和球磨时间的增大,基体上的Ti C0.5颗粒细化效果越好,但是烧结材料的致密度越差,当球磨转速为220 r/min,球料比为10:1,球磨时间为6 h时,烧结材料趋于完全致密,且拥有最佳的综合性能,导电率为77.9%IACS,硬度为111 HV,抗拉强度为349.4 MPa,延伸率为18.8%。（2）Cu2O与Ti2Al C的界面反应证明在900℃时,界面间的反应区宽度超过270μm,Ti2Al C中的Al脱离初始位置游离出来夺取Cu2O中的O生成Al2O3颗粒,Cu2O被还原成Cu;（3）采用Cu粉、Cu2O粉和Ti2Al C粉分别通过一次球磨和二次球磨制备混合粉末,再通过SPS烧结在900℃成功制备Cu-Al2O3/Ti C0.5复合材料,对比相同工艺制备的Cu（Al）-Ti C0.5复合材料,Cu-Al2O3/Ti C0.5复合材料具有更高的导电率;同时发现二次球磨制备的复合材料致密度更高,基体中的Ti C0.5和Al2O3复相颗粒尺寸更小,随着初次球磨时间的增大,材料的综合性能也随之提升,当初次球磨时间为9 h时,Cu-Al2O3/Ti C0.5复合材料的导电率为83.2%IACS,硬度为107.0 HV,抗拉强度和延伸率分别为312.9MPa和41.5%;（4）将上述两种复合材料进行70%的冷轧处理,发现Ti C0.5/Cu（Al）复合材料的硬度从111 HV提升至137 HV,抗拉强度从349.4 MPa提升至439 MPa,延伸率从18.8%下降至12.9%;而Ti C0.5-Al2O3/Cu复合材料的硬度从107.0 HV提升至132.7 HV,抗拉强度从312.9 MPa提升至452.0 MPa,延伸率从41.5%下降至11.3%。
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