氧化铝颗粒弥散强化铜基复合材料的研究

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Al2O3/Cu 复合材料是一种具有广泛应用前景的高强度、高电导率的结构及功能材料。本研究通过冷压二次烧结法制备Al2O3颗粒弥散强化Cu 基复合材料,并对制得的复合材料进行力学性能测试,探讨材料制备工艺参数对复合材料制备质量及性能的影响; 利用SEM、EDX 等微观分析技术对Al2O3/Cu 试样进行分析,研究Al2O3/Cu 复合材料的微观组织及其与力学行为的关系。本文采用压坯烧结加复压复烧工艺制备出Al2O3/Cu 复合材料, 研究了制备工艺对复合材料性能的影响。Al2O3颗粒的尺寸分别为1.5μm、7μm、10μm,体积含量分别为5%、10%、15%。研究结果表明,Al2O3/Cu 粉末在混粉4h~5h; 初压8MPa9 MPa,复压4 MPa5MPa; 焙烘440℃×90min,初烧(960℃~980℃)×(100min~120min),复烧900℃×100min 时制备的复合材料质量较佳。一次烧结工艺是影响材料密度的关键因素; 复压及复烧能够进一步提高复合材料的密度及性能。良好的烧结氛围、适当提高烧结温度和延长烧结时间有利于增强颗粒与基体的结合,有利于提高复合材料的密度和性能。微观组织观察结果显示,Al2O3 颗粒分布均匀,与基体的界面结合良好。与1.5μm 粒径的增强颗粒相比,7μm 和10μm 粒径的Al2O3颗粒更容易在Cu基体中弥散均匀、分布性更好; 增强颗粒含量太少(5%以下),易分布不匀,含量太多(15%以上),易发生粘聚及团聚现象,只有含量适度时颗粒的弥散分布性才好。检测了复合材料的一些力学性能。力学性能试验结果表明,Al2O3 颗粒的添加会消弱Cu 基体材料的抗拉强度及延伸率,且粒径越大,含量越多,复合材料的拉伸性能越差。Al2O3颗粒可以大幅度提高Cu 基体材料的抗磨损性能,且Al2O3含量多(10%、15%)的比含量少(5%)的复合材料抗磨损性更好; 而Al2O3颗粒粒径适中(7μm)的比其它粒径(1.5μm、10μm)的复合材料抗磨损性更佳。硬度测试结果显示,当Al2O3颗粒的粒径和含量适度时,可以提高Cu 基体材料的硬度。分析了复合材料的界面结合机理。材料的SEM、EDX 微观分析显示,Al2O3-Cu 相界面结合良好,颗粒分布比较均匀; 在Al2O3-Cu 界面处,Cu、Al、O 三种元素均存
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