SiC/Cu复合材料界面非晶相对致密化及相关性能的影响

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结构-功能一体化的SiC/Cu复合材料有十分广阔的应用前景。但致密化一直是制约SiC/Cu复合材料性能提高的关键因素,而SiC颗粒和Cu基体的界面结合状态对致密化和相关性能有很大影响。本课题通过引入界面玻璃相来改善SiC/Cu复合材料的界面结合状态,促进致密化,提高力学性能。  本文采用包裹法和原料混合法两种制备方法实现SiC颗粒在Cu基体中的均匀分散,同时提高界面相容性;改变界面玻璃相的含量,探究玻璃相含量对SiC/Cu复合材料的致密化及力学性能影响规律;改变SiC颗粒和Cu基体的比例,研究SiC颗粒含量对复合材料致密化和力学性能的影响;对20SiC/80Cu复合材料进行高温电阻率测试,探究了界面结合状态、界面层厚度对复合材料高温电阻率的影响,根据空间电荷极化、界面内电场效应对复合材料的阻温特性进行分析。实验结果表明:界面玻璃相的加入能够提高SiC颗粒和Cu基体的界面结合强度,有效促进SiC/Cu复合材料的致密化。玻璃相含量越高,复合材料的最佳热压烧结温度越低,同时可实现致密化的热压烧结温度范围越宽。相对于原料混合法,包裹法更有利于SiC/Cu复合材料实现致密化,提高力学性能。降低SiC颗粒的含量,能够使低玻璃相含量的复合材料在热压烧结条件下实现致密化,但复合材料的力学性能有较大幅度下降。界面玻璃相含量对SiC/Cu复合材料的力学性能和高温电阻率有很大影响,适当含量的玻璃相能够使复合材料发生沿SiC颗粒和Cu基体之间的界面断裂,提高复合材料的力学性能;当玻璃相含量为4vol.%时,20SiC/80Cu复合材料的电阻率变化幅度最大,界面诱导放电效应最明显。  综上可知:界面玻璃相的加入能够改善SiC/Cu复合材料的界面结合状态,有效促进复合材料的致密化。适当含量的玻璃相能够提高复合材料的硬度、抗弯强度等力学性能,促进 SiC颗粒空间电荷极化效应和界面诱导放电效应同时发生。
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