航空工业、宇航技术和核能工业的自动控制系统和电器装置中大量使用继电器、导电滑环、电刷及电位器等电接触元件,这些元件在电能输送、电信号传递,或者接通/切断电路过程中起着重要作用,它们的性能将直接影响电器、仪表和总体电路的稳定性、精确性、可靠性和使用寿命。制备这些元件的电接触材料要在通电的基础上,承载一定的载荷、经受摩擦磨损、电弧的烧损以及核能环境中带电粒子、中子和γ射线等的辐照损伤。因此,理想的电接触材料要具有高的导电率、导热率,一定的机械强度,低的摩擦系数,低的磨损率,较好的抗电弧烧蚀性能和耐辐照性能。铜基石墨增强材料因为其优异的机械强度,导电导热性能好以及良好的润滑性能而广泛应用于电接触材料中。然而随着宇航以及核能事业的快速发展,传统的铜-石墨复合材料难以满足其性能要求,故而迫切需要开发一种新型的铜基复合材料,这种材料能够在保持高导电率的同时,还应该拥有较好的润滑性能、抗电弧烧蚀性能及抗粒子辐照性能。以TiC,Ti,Al,Sn,Si为原料,在氩气气氛保护下,采用无压烧结的方法制备Ti₃AlC₂粉末材料。从透射电子显微镜的高分辨图上测得的c轴晶格常数为1.87 nm,和理论值18.578?接近;选区衍射图上标定的晶面指数也证明是Ti₃AlC₂材料的。通过X射线衍射图上峰强的计算,得到Ti₃AlC₂材料的纯度高达98%。采用电子辐照的方法,原位探究不同电子辐照能量和时间对Ti₃AlC₂材料形貌、成分以及结构的影响,从[0001]和[11 2 0]两个方向讨论其成分和结构变化。研究发现:在100 keV能量作用下,形貌和选区衍射图上都没有发生变化。通过计算发现,要使Ti,Al和C原子发生离位,最小的理论入射电子能量分别为429.7keV,168.3-195.7 keV和135.0-147.9 keV,而100 keV的电子辐照能量不足以提供原子脱离晶体结构所需要的最小能量,所以材料的形貌并没有发生改变。增加辐照能量到200 keV,随着辐照时间的延长,材料有孔洞和“波浪”的形貌形成,Al原子和Ti原子的比值逐渐减小。在选区衍射图上某些特定的衍射斑点逐渐减弱甚至消失,但是始终都没有非晶环出现。从建立的理论模型上可以推断出这些强度变弱的衍射点是由Al原子的离位,C间隙原子以及Ti-Al反位缺陷的产生而形成的。使用自制电弧烧蚀装置,研究不同电压对Ti₃AlC₂阴极材料电弧烧蚀性能的影响并探讨其电弧烧蚀机制。结果表明:经过烧蚀后的Ti₃AlC₂材料,表面有凹坑、裂纹以及喷溅颗粒产生,这些形貌主要是由Marangani effect、电磁力、浮力和电弧等离子力综合作用引起的。随着击穿电压的增加,两极间的击穿电流逐渐增加,烧蚀面积逐渐增加,击穿强度逐渐下降。材料表面有Al₂O₃和TiO₂生成,在3 kV-8 kV时,有锐钛矿型TiO₂和金红石型TiO₂的混合物生成;当电压达到9kV和10 kV时,只有金红石型TiO₂生成。采用热压烧结的方法制备含Ti₃ AlC₂增强相体积分数分别为10%,15%,20%,25%,30%和35%的Cu-Ti₃AlC₂复合材料,研究增强相含量对复合材料物理和力学性能的影响。结果表明:随着Ti₃AlC₂含量的增加,Cu-Ti₃AlC₂复合材料的致密度逐渐下降,电阻率逐渐升高,抗弯强度逐渐降低,布氏硬度先升高后降低。使用自制电弧烧蚀装置,探究Ti₃AlC₂含量对Cu-Ti₃AlC₂复合材料电弧烧蚀性能的影响。研究发现:材料在经过8 kV直流电压作用后,击穿电流在45 A-50A之间波动,电弧寿命基本都维持在25 ms。当Ti₃AlC₂体积分数为10%和15%时,烧蚀表面没有裂纹产生;当Ti₃AlC₂体积分数为25%、30%和35%时,有裂纹产生。所有样品表面都有凹陷和喷溅产生,发生分解并氧化成CuO,TiO₂和Al₂O₃。随着Ti₃AlC₂含量的增加,只有部分铜基体被氧化。选取Ti₃AlC₂体积分数为20%的铜基复合材料,研究电压变化对铜基复合材料电弧烧蚀性能的影响。研究发现:经过3,4,5,6,7,8,9,10 kV直流电压烧蚀后的样片表面均有凸起和“火山口”形貌生成。随着击穿电压的增加,击穿电流逐渐增加,电弧烧蚀区域的半径逐渐增加。同时,电流密度逐渐减小,导致“火山口”形貌深度变浅。在烧蚀过程中,阴极表面没有裂纹形成。在相同的实验条件下,Cu-20 vol.%Ti₃AlC₂复合材料的耐烧蚀性能要比纯Ti₃AlC₂块体的好。