原位TiO2/Cu复合材料的制备与性能研究

来源 :内蒙古工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jasonzheng1978
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为了制备高强度高导电的原位TiO2/Cu复合材料,选择Cu-Ti-CuO作为反应体系、纯铜作为稀释剂,在铜基体中原位生成TiO2颗粒。分别采用接触反应+近熔点铸造和放电等离子烧结+近熔点铸造两种方法制备原位TiO2/Cu复合材料,确定制备工艺参数。分析两种复合材料中的原位产物的形貌、尺寸、分布以及与基体的界面关系。比较两种复合材料的综合性能,分析两种制备方法的优缺点。对铸态试样进行轧制和退火处理,确定加工工艺参数,得到综合性能优异的原位TiO2/Cu复合材料。为了进一步改善原位TiO2/Cu复合材料的性能,在Cu-Ti-CuO体系中引入微量的稀土氧化物(Nd2O3、Er2O3),分析稀土氧化物对反应过程、反应产物的影响,以及稀土氧化物的质量分数对复合材料微观组织、抗拉强度和相对电导率的影响。得到如下结论:选择Cu-Ti-CuO作为反应体系,采用接触反应和放电等离子烧结两种原位合成方法,均在铜基体中原位反应生成金红石型的TiO2颗粒,形状都为近球形。通过接触反应生成的原位颗粒尺寸约为1.5μm,放电等离子烧结生成的原位颗粒尺寸约为0.5μm,并且其(21 1)晶面与铜基体(111)晶面之间具有半共格界面关系。两种原位合成方法分别与近熔点铸造相结合形成了原位TiO2/Cu复合材料的新型制备方法,其中采用放电等离子烧结+近熔点铸造制备的原位TiO2/Cu复合材料的综合性能优于接触反应+近熔点铸造方法制备的复合材料。经过后续的室温轧制85%+280℃退火30 min,1.5TiO2/Cu复合材料的抗拉强度为398 MPa,相对电导率为81%IACS相对于退火纯铜(210 MPa,98%IACS),其抗拉强度提高89.5%,相对电导率降低17.3%,此时综合性能较好。在1.5TiO2/Cu复合材料的反应体系(Cu-Ti-CuO)中分别引入稀土氧化物(Nd2O3、Er2O3)后,研究发现稀土氧化物参与反应过程,分别生成原位颗粒(TiO2+Nd2Ti2O7)和(TiO2+Er2Ti2O7),原位产物Nd2Ti2O7和Er2Ti2O7形状为近球形,分别属于四方晶系和立方晶系。Er2Ti2O7颗粒的(42 2)晶面与基体呈共格的界面关系。Nd2O3质量分数为0.1%时,退火后复合材料的抗拉强度为463 MPa,相对电导率为80%IACS;Er2O3质量分数为0.2%时,退火态抗拉强度458 MPa,相对电导率为79%IACS。加入稀土氧化物后,它参与原位反应过程、影响反应产物特征,使得复合材料的综合性能得到进一步提高。
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