TiB2-Cu復(fù)合材料微波燒結(jié)工藝及性能研究.pdf

1、微波燒結(jié)作為一種新型燒結(jié)技術(shù)，在陶瓷領(lǐng)域已獲得廣泛應(yīng)用，但用于金屬材料制備則一直被認(rèn)為是不可行的。直到1999年，Roy等人在《Nature》雜志上發(fā)表了有關(guān)金屬粉末微波燒結(jié)的實驗結(jié)果，該技術(shù)立即成為材料制備領(lǐng)域的關(guān)注熱點。然而，目前對該技術(shù)在金屬粉末冶金材料制備中的研究主要集中在于傳統(tǒng)燒結(jié)技術(shù)的對比上，缺乏系統(tǒng)的、機理性的研究。針對目前微波燒結(jié)技術(shù)在金屬粉末中的研究的不足，本文以材料研究領(lǐng)域的一個備受關(guān)注TiB2/Cu復(fù)合材料為研究對

2、象，采用微波燒結(jié)技術(shù)制備TiB2/Cu復(fù)合材料，重點探索了相關(guān)的微波燒結(jié)工藝，探討了銅粉及其壓坯在微波場中的動力學(xué)機制，考察了微波燒結(jié)TiB2/Cu復(fù)合材料的性能，得到了一些關(guān)于微波燒結(jié)導(dǎo)電金屬粉末冶金材料的具有理論和工程意義成果。
　　 1、系統(tǒng)探討了微波燒結(jié)Cu粉及TiB2/Cu復(fù)合粉末壓坯的各種影響因素。結(jié)果表明:1）在本實驗條件下，采用混合加熱方式，于1000℃燒結(jié)10min，可以成功制備含不同體積分?jǐn)?shù)TiB2的TiB2

3、/Cu復(fù)合材料。燒結(jié)試樣致密度均在94％以上。2）與常規(guī)加熱燒結(jié)相比，微波燒結(jié)在得到更高致密度樣品的同時，較大幅度地降低了能源和時間消耗。
　　 2、探討了微波燒結(jié)球形銅粉及其壓坯的動力學(xué)機制。結(jié)果表明:1）采用混合加熱方式燒結(jié)銅粉，通過考察銅粉燒結(jié)頸的長大過程，證實銅粉在初始燒結(jié)階段過程以體擴散機制為主，其體擴散激活能約為256kJ/mol，與常規(guī)粉末燒結(jié)和純微波燒結(jié)的擴散激活能基本一致。表明在這三種燒結(jié)方式下銅粉的燒結(jié)行為相

4、同;2）采用混合加熱方式燒結(jié)銅粉壓坯，通過考察晶粒長大規(guī)律，證實燒結(jié)過程以體擴散為主，其體擴散激活能約為86.5kJ/mol，遠(yuǎn)低于常規(guī)粉末燒結(jié)時的擴散激活能，但與純微波燒結(jié)時的基本一致。因此認(rèn)為微波燒結(jié)可以促進晶粒長大，但混合加熱燒結(jié)與純微波燒結(jié)行為相同。
　　 3、探討了TiB2含量及其表面改性對微波燒結(jié)TiB2/Cu復(fù)合材料導(dǎo)電性能的影響。結(jié)果表明:1）隨著TiB2含量的增加，TiB2/Cu復(fù)合材料的導(dǎo)電性能下降;2)對T

5、iB2表面進行化學(xué)鍍銅改性后，在相同TiB2含量下，導(dǎo)電率均得到提高，并隨著TiB2含量的增加提高幅度也增大，最大增幅為TiB2含量10vol％時的20.0％。
　　 4、探討了TiB2含量及其表面改性對TiB2/Cu復(fù)合材料致密度的影響。結(jié)果表明:1）隨著TiB2含量的增加，TiB2/Cu復(fù)合材料的致密度提高，但TiB2含量超過5vol％后，致密度增加不明顯;2）對TiB2表面鍍銅后，將影響微波燒結(jié)TiB2/Cu復(fù)合材料的致密

6、度，使得在相同TiB2含量下，致密度有所降低。
　　 5、探討了TiB2含量及其表面改性對TiB2/Cu復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)的影響。結(jié)果表明:1）隨著TiB2含量的增加，復(fù)合材料的膨脹系數(shù)降低;2）TiB2顆粒表面鍍銅后，在TiB2相同含量條件下，TiB2/Cu復(fù)合材料的膨脹系數(shù)進一步降低，但顆粒鍍銅并不改變TiB2/Cu復(fù)合材料的熱膨脹行為;3）理論計算結(jié)果表明TiB2未鍍銅的TiB2/Cu復(fù)合材料的膨脹系數(shù)與ROM模型計算值相

7、符合，而TiB2鍍銅的TiB2/Cu復(fù)合材料的膨脹系數(shù)與Kemer模型計算值相符合，反映了TiB2顆粒鍍銅后能很好地改善顆粒與基體的結(jié)合。
　　 6、探討了TiB2含量及其表面改性對TiB2/Cu復(fù)合材料顯微硬度的影響。結(jié)果表明:1）隨著TiB2含量的增加，TiB2/Cu復(fù)合材料的顯微硬度增加;2）TiB2表面鍍銅后，TiB2/Cu復(fù)合材料的顯微硬度進一步提高，并隨著TiB2含量的增加提高幅度也增大，最大增幅為TiB2含量10v

8、ol％時的13.1％。
　　 7、探討了TiB2含量及其表面改性對TiB2/Cu復(fù)合材料磨損性能的影響。結(jié)果表明:1）隨著TiB2含量的增加，TiB2/Cu復(fù)合材料的磨損性能提高，磨損機理也發(fā)生變化，由粘著磨損逐漸向磨粒磨損、氧化磨損過渡;2）TiB2表面鍍銅后，TiB2/Cu復(fù)合材料的磨損性能進一步提高，最大增幅為TiB2含量10vol％時的75.1％。表明TiB2與Cu基體的結(jié)合狀態(tài)可以嚴(yán)重影響TiB2/Cu復(fù)合材料的磨損性