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铜具有高的导电性、导热性及优良的工艺性能,广泛应用于电子、电力等工业部门,但纯铜的力学性能尤其是高温强度不能满足使用要求,使其在实际应用中受到限制。为了能在不过多牺牲导电性的前提下改善铜的力学性能,人们曾经尝试过各种可能的途径。但是由于在高温下金属将发生再结晶、第二相粗大和溶解,因此象加工硬化、析出硬化等单一强化方法难以奏效。 高强高导铜基复合材料是一类具有优良综合性能的新型功能材料,既具有优良的导电性,又具有高的强度和优越的高温性能。本文首先采用机械合金化方法制备了Cu-Cr-(Zr)复合粉体,然后通过冷压烧结方法制备了弥散强化、固溶强化兼有细晶强化高强高导铜基复合材料。研究了不同球磨时间、不同成分对复合粉体微观结构和烧结后材料性能的影响以及粉末成形和烧结工艺对材料性能的影响。并探讨了稀土含量对Cu-15%wtCr的机械合金化过程的作用。在此基础上阐述了机械合金化制备铜基复合材料的机理。采用X射线衍射分析(XRD)和扫描电镜(SEM)研究了机械合金化过程粉末的显微组织结构,测量了不同成分复合粉末的显微硬度;采用力学和物理测试手段对烧结后Cu-Cr-(Zr)复合材料的物理和力学性能进行分析。结果表明: 1) 复合粉末的衍射强度和晶粒粒径随着球磨时间的延长而降低;微应变和显微硬度则随着球磨时间的延长而增加;球磨60小时后Cu晶粒粒径不超过20nm;微应变达到0.271%;颗粒形状为近球形。 2) 采用机械合金化制备的Cu-Cr-(Zr)复合材料,具有很高的强度、硬度以及较低的电阻率。材料的导电性随着Cr和Zr含量的增加而降低,但硬度和抗拉强度提高。在Cu-Cr、Cu-Zr和Cu-Cr-Zr三种体系中Cu-Cr-Zr具有较好的综合性能。在Cu-Cr中加入适量的稀土可以提高材料的综合性能。 采用机械合金化工艺路线制备铜基复合材料,可以使粉末在原子水平上进行合金化,从而提高第二相粒子在铜中的固溶度并使其弥散分布于基体中,因此对于制备高强高导铜基复合材料来说,此工艺具有十分重要的意义。