三維網(wǎng)絡(luò)氧化鋁-銅復(fù)合材料制備及性能研究.pdf

1、三維連續(xù)網(wǎng)絡(luò)氧化鋁/銅復(fù)合材料是近年發(fā)展起來的一種新型銅基材料，基于其具有良好的綜合性能與廣泛的應(yīng)用前景，因此受到國內(nèi)外研究學(xué)者的高度關(guān)注。主要原因：是與傳統(tǒng)顆粒、纖維和晶須增強(qiáng)等增強(qiáng)方法制備出的氧化鋁/銅復(fù)合材料相比，三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)氧化鋁/銅復(fù)合材料中的各組成相的特點(diǎn)都能夠得到保留，增強(qiáng)體與增韌相具有各相同性，可充分發(fā)揮氧化鋁陶瓷相與金屬相各自的優(yōu)點(diǎn)，如銅優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性，陶瓷材料的耐磨及高的化學(xué)穩(wěn)定性等。但兩者材料不同，相互之間的潤

2、濕性較差，本實(shí)驗(yàn)通過CVD工藝方法對(duì)泡沫預(yù)制體表面進(jìn)行金屬化達(dá)到改善陶瓷與金屬間的潤濕性。
　　本文主要采用有機(jī)泡沫浸漬法制備不同體積分?jǐn)?shù)泡沫結(jié)構(gòu)的氧化鋁泡沫陶瓷(10％~20％)；以Ti粉和I2作為反應(yīng)原料，然后采用CVD沉積法在泡沫陶瓷預(yù)制體表面沉積Ti涂層；最后采用真空消失模鑄造工藝制備出三維網(wǎng)絡(luò)雙連續(xù)相氧化鋁/銅復(fù)合材料，研究浸滲溫度對(duì)氧化鋁/銅復(fù)合材料界面結(jié)合狀況的影響；研究陶瓷體積分?jǐn)?shù)和氣孔率對(duì)復(fù)合材料彎曲強(qiáng)度及導(dǎo)電性

3、能的影響。并對(duì)復(fù)合材料的摩擦磨損性能進(jìn)行初步的探索，結(jié)合斷口形貌，組織分析，討論了Al2O3/Cu復(fù)合材料的斷裂機(jī)理和磨損機(jī)制。
　　研究結(jié)果表明：
　　(1)對(duì)本課題組研究成果的化學(xué)氣相沉積裝置進(jìn)行部分改善，可以有效的改善大體積泡沫陶瓷芯部鈦涂層的均勻性問題，從而在陶瓷體表面及內(nèi)部骨架獲得均勻涂層，涂層厚度約20~40um；
　　(2)采用真空消失模鑄造浸滲法制備出氧化鋁/銅復(fù)合材料。在復(fù)合材料的界面處會(huì)形成明顯的分

4、界層，即形成Al2O3/Ti/Cu結(jié)構(gòu)；且隨著浸滲溫度提高，復(fù)合材料內(nèi)部及界面缺陷減少，Al2O3與Cu結(jié)合更緊密；
　　(3)Al2O3表面Ti涂層與Cu之間發(fā)生機(jī)械和冶金結(jié)合，形成反應(yīng)型界面，改善了Al2O3與Cu之間潤濕性，界面產(chǎn)物主要為Ti與Cu化合物，即CuTi2及CuTi等金屬間化合物，TiO2存在于界面；
　　(4)三維網(wǎng)絡(luò)Al2O3/Cu復(fù)合材料，隨著陶瓷增強(qiáng)體體積分?jǐn)?shù)的增加，復(fù)合材料的相對(duì)密度下降，彎曲強(qiáng)度

5、增大，增加到178MPa。隨著氣孔率的增加，復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度相對(duì)降低；
　　(5)隨著復(fù)合材料體積分?jǐn)?shù)的增大，復(fù)合材料的電阻率增大，導(dǎo)電性能下降，相對(duì)導(dǎo)電率則下降到60％IACS；
　　(6)復(fù)合材料在發(fā)生斷裂時(shí)，裂紋由陶瓷顆粒拔出及孔洞位置產(chǎn)生，沿著受力方向擴(kuò)展到兩相的界面，陶瓷相發(fā)生脆性斷裂，銅發(fā)生韌性斷裂，界面上銅鈦脆性相的存在，削弱界面的結(jié)合力，導(dǎo)致涂層與基體產(chǎn)生分離，材料破壞；
　　(7)復(fù)合材料的摩擦系數(shù)