Al-Cu體系梯度復(fù)合材料的流延法制備及其結(jié)構(gòu)控制.pdf

1、梯度復(fù)合材料是一類組成、結(jié)構(gòu)及性能沿著厚度方向漸變的非均質(zhì)復(fù)合材料。梯度復(fù)合材料能夠同時具備均質(zhì)材料所不能擁有的兩種相矛盾的特性，被廣泛應(yīng)用在航空航天、電磁、核工程和光電工程等領(lǐng)域中。本文針對以往Al-Cu梯度復(fù)合材料制備過程中結(jié)構(gòu)難以精確控制、致密化困難等問題，采用流延成型法和真空熱壓燒結(jié)法實現(xiàn)梯度復(fù)合材料的致密化與梯度結(jié)構(gòu)的精確控制。
　　本文首先采用0.6wt.％ Hypermer KD-1作為分散劑，2.7wt.%聚乙烯醇

2、縮丁醛(PVB)作為粘接劑，3wt.%甘油作為增塑劑，33.7wt.%無水乙醇和丁酮作為溶劑，調(diào)整Al和Cu粉配比，在流延機第一刀高度為200μm，第二刀高度為80μm，基帶速率為2.5mm/s的條件下制備出了不同組分Al-Cu的流延膜片。流延膜片均勻性好、無明顯分層沉降，流延膜厚度分布近似于正態(tài)分布，厚度范圍為40-61μm。
　　以排膠后的Al、Cu混合粉體為原料，在真空熱壓條件下制備出了從純鋁到純銅組分的 Al-Cu復(fù)合材料

3、，并對制備出的 Al-Cu復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進行了系統(tǒng)分析。研究結(jié)果表明，在500oC-300MPa-2h的燒結(jié)工藝條件下實現(xiàn)了 Al-Cu復(fù)合材料的致密化，其致密度達到95.63%以上。Al-Cu復(fù)合材料中，主要的物質(zhì)是Al和Cu元素，但是還含有少量的碳元素，碳元素的質(zhì)量分數(shù)為0.08%-0.84%。碳元素主要是以有機物和碳單質(zhì)的形式存在于復(fù)合材料中的。Al/Cu顆粒間主要生成厚度約為2-3.5μm擴散層，并未發(fā)現(xiàn)金屬間化合物生成。

4、>　　采用了直接混料法得到的 Al-Cu復(fù)合材料作對比，系統(tǒng)分析了燒結(jié)后殘?zhí)繉?Al-Cu復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和性能的影響。研究結(jié)果表明：殘?zhí)紝?Al-Cu復(fù)合材料的物相、顯微結(jié)構(gòu)及硬度值沒有明顯的影響。然而殘?zhí)冀档土?Al-Cu復(fù)合材料的密度值，從而降低了 Al-Cu復(fù)合材料的致密度，導(dǎo)致開氣孔率幾乎為零的純銅其致密度僅為95.63%。同時，殘?zhí)冀档土薃l-Cu復(fù)合材料的聲波阻抗值，其中純銅的降低幅度最大，達到19.56%。流延法制備的Al-

5、Cu復(fù)合材料的抗彎強度顯著減小，且隨著銅含量的增加而逐漸增加，其中純鋁的抗彎強度值最小為47.9MPa，純銅的抗彎強度最大為227.11MPa。
　　最后，本文根據(jù)設(shè)計的組成-厚度曲線，采用以上確定的排膠工藝和真空熱壓燒結(jié)工藝，制備出了銅含量為0-66.03wt.%的8層Al-Cu梯度復(fù)合材料。梯度復(fù)合材料的組分控制精度為0.19%-2.9%，厚度控制精度為0.3%-9.6%，厚度誤差范圍不超過±0.01mm。梯度復(fù)合材料整體致密