α-SiCp/Cu复合材料的制备及其性能研究

采用化学镀铜工艺对SiC粉体进行了表面改性处理,然后烧结制备了α-SiCp/Cu复合材料,研究了SiC粉体含量对α-SiCp/Cu复合材料微观组织与硬度的影响。结果表明,通过化学镀铜工艺可实现SiC粉体的均匀包覆。随着SiC颗粒含量的增加,α-SiCp/Cu复合材料硬度和表面结合能力升高。

La_(2)O_(3)掺杂Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的制备与性能

铜合金作为热管理材料长期服役时,会出现冷-热循环条件下的结构性失效问题,因此考虑将具有低膨胀系数的MAX相材料引入到铜合金中,来降低复合材料的热膨胀性。Ti_(3)SiC_(2)是一种兼具陶瓷和金属的优良特性的三元层状陶瓷材料,具有自润滑、高韧性、高导电性等特点。作为增强相,Ti_(3)SiC_(2)能够提高Cu基复合材料的摩擦性能,降低复合材料的热膨胀系数,因此被应广泛用于电子封装材料、热管理材料等领域。本文将稀土氧化物La_(2)O_(3)引入到Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料中,研究了La_(2)O_(3)掺杂含量对Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料物相组成、表面形貌、显微硬度和摩擦因数等的影响。研究发现,利用热压烧结技术能够获得致密度较高的Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料,相对密度在98.5%以上。适量掺杂La_(2)O_(3)后,Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的显微硬度有所增加,能够实现Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的弥散强化。随着La_(2)O_(3)掺杂量增加,Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的摩擦因数呈现出先降低后增加的趋势。在Cu基复合材料中添加Ti_(3)SiC_(2),能够起到润滑的作用,有利于降低摩擦因数。本研究可为Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的工程应用提供试验依据。

层厚比对Cu-TiB2/Cu层状复合材料微观组织和力学性能的影响

铜基复合材料由于优异的综合性能在电子封装、电接触等领域具有重要应用价值。然而,克服材料的强-塑性倒置关系一直面临着极大的挑战,层状构型设计被认为是解决该倒置难题的有效策略。本文采用粉末冶金并结合原位反应法,通过控制铺粉工艺,制备出Cu层与TiB2/Cu复合层交叠分布的Cu-TiB2/Cu层状复合材料。研究了Cu-TiB2/Cu层状复合材料的力学性能及断裂特征,并讨论了层状结构参数对材料综合性能的影响。当Cu层与TiB2/Cu复合层的层厚比为1∶3时,Cu-TiB2/Cu层状复合材料的极限抗拉强度(UTS)为315 MPa,断裂伸长率为18%,实现了良好的强塑性匹配。基于复合材料裂纹扩展路径表征与分析,揭示了层状构型设计在抑制裂纹扩展、促使裂纹偏转等方面的作用机制,为高强韧铜基复合材料的构型设计和性能优化提供新思路。

烧结温度对CNTs/Cu复合材料组织和力学性能的影响

采用电泳沉积法在铜箔上沉积碳纳米管,层层堆叠后在不同烧结温度(550,650,750,850,950℃)下热压烧结制备碳纳米管增强铜基(CNTs/Cu)复合材料,研究了烧结温度对复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着烧结温度升高,复合材料中孔隙的数量减少,尺寸减小,碳纳米管分布均匀性增大,铜晶粒尺寸增大,退火孪晶晶粒尺寸增大但数量减少;随着烧结温度升高,复合材料的抗拉强度和显微硬度均呈先减小后增大的趋势,断后伸长率变化呈非单调性变化;当烧结温度为650℃时,复合材料的抗拉强度和显微硬度适中,断后伸长率最大,综合力学性能最好。

CNTs/Cu层状复合材料的制备及其组织和性能研究

采用扩散结合法将分散后的碳纳米管附着在铜箔表面,经裁剪、堆叠和预压后使用真空热压烧结炉进行烧结,制备出具有优良导电性的CNTs/Cu层状复合材料。使用SEM、EDS和XRD等对样品的微观形貌和成分进行表征,使用显微硬度计和导电率检测仪等对样品性能进行测试。结果表明:在热压烧结过程中,一定量铜扩散到CNTs层中,有效改善了碳纳米管层和铜层的结合能力。相比于纯铜,CNTs/Cu层状复合材料在硬度提高45%的同时,在平行于碳纳米管层方向导电率达到91%IACS,而垂直于碳纳米管层方向也仍具有80.6%IACS的导电率。

粉末锻造Al_(2)O_(3)颗粒增强Fe–Ni–Mo–C–Cu复合材料的组织与性能

通过粉末锻造技术制备了不同含量微米级Al_(2)O_(3)颗粒强化的Fe–Ni–Mo–C–Cu(Q61)复合材料,并对调质态和淬火态复合材料的组织和性能进行了研究。结果表明:当Al_(2)O_(3)质量分数为0.15%时,增强颗粒在基体内分布均匀;相较于同种状态下不添加增强颗粒的单一Q61,调质态复合材料的硬度从HRC 38增至HRC 39.8,屈服强度从1106 MPa增至1121 MPa,延伸率从12%降至6.5%;淬火态复合材料的硬度从HRC 61.5增至HRC 63.2,磨损率从5.27×10^(-6)mm^(3)·m^(-1)·N^(-1)降至3.08×10^(-6)mm^(3)·m^(-1)·N^(-1),低于对比试验用的典型齿轮材料40Cr的磨损率(3.34×10^(-6)mm^(3)·m^(-1)·N^(-1))。当Al_(2)O_(3)质量分数大于0.15%时,Al_(2)O_(3)颗粒逐渐偏聚,虽然调质态下复合材料屈服强度仍继续小幅增加,但塑性严重退化,且淬火态复合材料磨损率增加,耐磨性变差。综合来看,添加0.15%Al_(2)O_(3)颗粒强化Q61复合材料在调质态下具有较高的综合力学性能,而在淬火态下表现出良好的抗摩擦磨损能力。

BN/Cu复合材料摩擦磨损性能与磨损机制研究

通过直流辅助热压烧结制备了氮化硼(BN)颗粒添加量为0.4%~1.2%(质量分数)的BN/Cu复合材料,采用立式销盘摩擦磨损试验机对其进行耐磨性检测,使用扫描电子显微镜(SEM)表征材料磨损前后的表面形貌,同时分析了BN颗粒添加量对复合材料物理性能和摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:直流辅助热压烧结制备的复合材料致密度均可达到96%以上,导电率可达80%IACS以上。添加适量的BN颗粒,可以极大提升复合材料的摩擦磨损性能。当BN颗粒的添加量为0.8%时,由于摩擦过程中有润滑膜产生,复合材料的摩擦系数最为稳定,且摩擦磨损性能较为优异,主要由磨粒磨损和轻微的黏着磨损共同作用。

高导热金刚石/Cu复合材料的研究进展

随着大数据、人工智能等信息技术的飞速发展,电子元器件逐渐向便携、轻量、高性能等方向发展。金刚石/Cu复合材料具有热导率高、热膨胀系数与电子元器件匹配度高等优点,目前已成为第三代先进电子封装材料。综述了国内外金刚石/Cu复合材料的制备方法、影响金刚石/Cu复合材料热导率的因素,尤其是界面改性对热导率的影响。此外,还对金刚石/Cu复合材料的未来发展方向进行了预测,为金刚石/Cu复合材料的研制提供参考。

CNT的表面改性对Cu基复合材料力学和电学性能的影响

提高碳纳米管(carbon nanotube,CNT)在Cu基体中的分散性以及两者的界面结合,可以有效改善碳纳米管增强Cu基(CNT/Cu)复合材料的性能。本文采用一步水热法在CNT表面原位生成碳化聚合物点(carbonized polymer dot,CPD),对CNT进行表面改性处理,再通过烧结法制备CNT@CPD/Cu复合材料,对复合材料的力学和电学性能进行测试。结果表明:经酸化处理的CNT1表面改性处理后,其结构破坏严重,增强效果减弱。未经酸化处理的CNT2表面改性处理后,CPD负载于CNT2上,不仅保留了CNT的结构完整性,还能显著改善其在基体中的分散性,增强与Cu的结合。此外,CPD和CNT的加入可有效细化Cu晶体,抑制位错运动;CPD和CNT与Cu基体间的“铆钉”界面结合,不仅能降低电子散射效应,还能为电子转移提供额外的通道,从而提升复合材料的电学性能。CNT2@CPD/Cu复合材料的极限抗拉强度相较纯Cu提高了28.9%,电导率为95.9%IACS。该研究结果为开发新型高强高导Cu基复合材料提供了新思路。

α-SiCp/Cu复合材料的摩擦磨损性能研究

研究了SiC粉体表面预处理和含量对α-SiCp/Cu复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明,α-SiCp/Cu复合材料磨损量与外力作用成正比关系,但是随着磨损时间的进行,摩擦磨损量相对减小。当SiC在0～30%时,SiCp/Cu复合材料的耐磨性与SiC含量成正比关系,并且SiC的含量在30%左右是制备α-SiCp/Cu复合材料较为合适的配比。

高体积分数β-SiC_P/Cu复合材料的制备及性能研究

利用化学镀铜方法对β-Si C颗粒进行表面改性,结合热压烧结技术制备了50%Si C体积分数的β-Si C_P/Cu复合材料,探讨了β-Si C颗粒化学镀铜工艺和烧结温度对该复合材料微观结构、相对密度、抗弯强度和热膨胀系数的影响。结果表明:镀铜后β-Si C颗粒表面均匀地包覆一层铜膜,烧结后复合材料Si C颗粒在基体中分布均匀,界面结合良好。β-Si C_P/Cu复合材料相对密度和抗弯强度随烧结温度升高而增大;热膨胀系数随烧结温度升高而降低。利用化学镀改性β-Si C颗粒制备的β-Si C_P/Cu复合材料性能均优于未利用化学镀改性β-Si C颗粒制备的复合材料,这是由于β-Si C颗粒镀铜可有效改善Si C-Cu的界面结合状态。当烧结温度为750℃时,β-Si C_P/Cu复合材料的相对密度和抗弯强度最高,热膨胀系数最低。

石墨含量对车用镀Ni石墨/Cu复合材料摩擦磨损性能的影响

石墨添加量是影响Cu基复合材料摩擦学性能的关键因素之一。为此,研究了镀Ni石墨含量(2、4、6和8 mass%)对镀Ni石墨/Cu复合材料摩擦学行为的影响,分析了石墨含量与复合材料的微观组织、物理性能及硬度的关系,以确定最佳的石墨添加量。结果表明:复合材料中石墨与Cu之间的结合性较好,没有出现明显的空隙和裂纹;随镀Ni石墨由2 mass%增加到8 mass%,复合材料的致密度和导电率分别减小了3.7%和43.5%,硬度先由60.3 HV0.1增大到63.4 HV0.1后再减小到59.7 HV0.1,其中转折点在6 mass%镀Ni石墨,而摩擦系数和磨损率均为先减小后增大。因此,理想的镀Ni石墨添加量为6 mass%,此时,复合材料的磨损机制以磨粒磨损为主,粘着和氧化磨损为辅。

含孔洞Cu_(64)Zr_(36)及Cu/Cu_(64)Zr_(36)复合材料拉伸变形的分子动力学研究

本工作采用分子动力学模拟研究了含孔洞Cu_(64)Zr_(36)金属玻璃和Cu/Cu_(64)Zr_(36)晶体/非晶复合材料的拉伸变形行为。结果表明:Cu_(64)Zr_(36)金属玻璃在加载过程中由孔洞引起的应变集中导致剪切转变区(STZ)被激活并诱发剪切带的形成,而Cu/Cu_(64)Zr_(36)复合材料通过晶体相中的位错滑移有效避免了灾难性剪切局部化,阻碍了剪切带的扩展。应变局部化程度出现台阶式的跳跃主要由位错的成核和发射引起,而应变局部化程度的缓慢增加与STZ的激活有关,一旦剪切带形成会导致应变局部化程度的快速增加。孔洞的存在改变了剪切应变和非仿射平方位移的分布,原子剪切应变和非仿射平方位移最小值D_(min)^(2)的最大值总是分布在孔洞周围,使其成为最有可能位错成核、STZ激活并诱发剪切带形成的位点。大量的位错运动和均匀的STZ激活是提高复合材料整体塑性的主要原因,晶体相中位错密度的变化与非晶相中的剪切带活动密切相关。当剪切带扩展受阻,只出现均匀的STZ激活,位错密度基本保持不变,应力累积。一旦STZ局部化,重新诱发剪切带的扩展,位错密度增加和应力释放,这也是Cu/Cu_(64)Zr_(36)复合材料应力波动的主要原因。

CuS/GO复合材料的构筑及对罗丹明B的高光催化活性

光催化降解是一种有效降解罗丹明B的方法,为环境保护和人类健康做出了巨大的贡献,因此其具有广泛的应用前景.采用改良的Hummers法制备氧化石墨烯(GO),在此基础上,采用水热合成法制得硫化铜/氧化石墨烯(CuS/GO)纳米复合材料.通过傅里叶红外(FITR)、X-射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱仪(XPS)等对复合材料进行表征.结果表明,随着醋酸铜含量的增加,负载在GO的CuS纳米粒子的量也随之增加,同时粒子尺寸也发生了变化.当醋酸铜含量占35.9%时,复合材料中CuS纳米粒子为3 nm,其形貌良好,负载均匀,且CuS的尺寸较小.CuS/GO复合材料对罗丹明B表现出了良好的光催化活性.

Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的制备及性能分析

以硝酸铜和硝酸铝为原材料,采用喷雾干燥-煅烧-氢还原工艺得到超细、Al_(2)O_(3)在铜基体中均匀弥散分布的Al_(2)O_(3)/Cu复合粉体;经热压烧结(HP)和模压成型-烧结-复压-复烧(MP)分别制备出不同Al_(2)O_(3)含量的Al_(2)O_(3)/Cu复合材料,实验对比两种方法制备出的样品的物相、微观结构、硬度和电导率。结果表明:两种工艺得到的复合材料均具有较高致密度,硬度随着氧化铝含量增加而增大,电导率随着氧化铝含量增加而减小。热压烧结(HP)工艺获得的材料维氏硬度(143.9 HV)比同工艺下纯铜的硬度值(74.2HV)提高了93.9%,电导率高于80.09%IACS;模压成型(MP)工艺制备的样品维氏硬度(136.8 HV)比相同工艺下纯铜的硬度值(42.3 HV)提高了223.4%,电导率维持在82.25%IACS以上。

WC/Cu复合材料组织及烧结过程研究

研究了粉末冶金冷压—烧结法制备的WC/Cu复合材料在不同温度和时间烧结时的组织变化及WC含量对烧结过程的影响 ,分析了该材料的烧结过程。结果表明 ,WC颗粒推迟了烧结进程。烧结过程中烧结体无明显收缩 ,WC颗粒显著阻碍了晶粒长大。WC/Cu复合材料的烧结过程可分为粘结、烧结颈长大、闭孔球化。

碳纳米管增强Cu和Al基复合材料的研究进展

碳纳米管(CNTs)增强Cu基或Al基复合材料是未来铜材或铝材方面最具潜力的发展方向之一。在本研究中,综述了近几年在CNTs增强Cu基和Al基复合材料研究方面取得的进展,论述CNTs的预处理、CNTs-金属复合粉末的制备、CNTs-金属复合块体材料的制备、界面结合机制以及CNTs的强化机理5个主要方面。

Cu/Mo/Cu平面层状复合材料的研究进展

总结了Cu/Mo/Cu平面层状复合材料的特点和应用,通过平面层状结构设计,可以实现其在平面(x,y)方向更低的热膨胀系数和更高的热导率,其中热导率最高可达370W·m-1·K-1;介绍了其研究现状和制备方法,并通过对制备工艺的对比分析,指出热压复合和轧制复合是Cu/Mo/Cu层状复合材料生产工艺的发展趋势及方向。

Cu-Fe-Ag原位复合材料的组织和性能

系统研究了合金元素Ag对Cu-Fe原位复合材料微观组织、力学性能和导电性能的影响规律。采用熔铸-形变法分别制备了Cu-12 wt%Fe、Cu-14 wt%Fe-1 wt%Ag、Cu-14 wt%Fe-3 wt%Ag和Cu-11 wt%Fe-6 wt%Ag4种原位复合材料。测试了不同应变下材料的抗拉强度和电阻率。采用扫描电镜(SEM)观察了材料的微观组织演变和拉伸断口形貌,用能谱仪(EDS)分析了Fe和Ag在Cu基体中的分布。结果表明,添加Ag可以细化初生的Fe枝晶,强化Cu基体,降低高温下Fe在Cu中的固溶度,材料的强度和电导率同时得到提高。但添加Ag后,材料的塑性变形能力降低,在较低的应变下,拉伸试样的断口就表现出剪切断裂特征。

复合电铸制备Cu/SiC_p复合材料

采用复合电铸工艺制备碳化硅颗粒(SiCp)增强铜基复合材料,研究了镀液中颗粒浓度、镀液温度、电流密度对Cu/SiCp复合材料中SiCp含量的影响。通过优化各工艺参数可有效促进SiCp与铜的共沉积,提高复合材料中增强固体颗粒的含量。结果表明:随着SiCp含量增加,Cu/SiCp复合材料的热膨胀系数和导热系数减小,抗弯强度和硬度提高。此外,复合电铸工艺制备的复合材料具有较大内应力,对Cu/SiCp复合材料的热膨胀性能和硬度有一定影响。