壳核结构氧化铝@石墨烯复合粉末增强铜基复合材料摩擦学性能研究

如何充分发挥润滑组元和耐磨组元的协同作用以提高铜基复合材料摩擦学性能仍面临具大的挑战。以石墨烯为润滑组元,氧化铝为耐磨组元,对比了氧化铝和石墨烯组装为壳核结构前后对铜基复合材料摩擦学性能的影响。结果表明,与氧化铝和石墨烯分别以独立相分布于铜基体的情况相比,氧化铝和石墨烯组装为壳核结构后可以提高铜基复合材料的致密度、硬度,并有利于在磨痕表面形成连续且具有保护性的摩擦层。因此,在10~40 N载荷范围内干摩擦,后者比前者具有更低的摩擦因数和磨损率。

含LaPO_(4)界面相的氧化铝纤维增强陶瓷基透波复合材料的制备和性能研究

氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料具有力学性能好、高温抗氧化、耐腐蚀、介电性能优异等特点,可用做于天线罩耐高温透波功能材料。以氧化铝纤维为增强体,以氧化铝浆料、莫来石溶胶为基体,磷酸镧作为界面层材料,制备出了氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料,并对复合材料在室温以及1200℃的拉伸强度进行表征,同时通过扫描电镜观察其破坏规律。结果表明:引入LaPO_(4)界面相的复合材料,室温下的拉伸强度为148.3MPa,1200℃下的拉伸强度为129.6MPa,与无界面相复合材料拉伸强度相比分别提高了20.1%和24.9%。无界面相的氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料断口平整,呈现脆性断裂,存在LaPO_(4)界面相的氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料断口有大量纤维拔出,表现出韧性断裂特征。含有LaPO_(4)界面的复合材料在10GHz、常温下介电常数均值为5.77,介电损耗为0.0018。在1300℃下材料的介电常数均值为6.18,介电损耗为0.0020。相对于常温条件,介电常数和介电损耗的变化率分别为7.10%和11.1%,满足变化率小于15%的要求,有望用于透波复合材料领域。

金刚石/纳米氧化铝陶瓷复合材料高温高压合成物相结构分析

以正硅酸乙酯(TEOS)为反应前驱体,采用溶胶-凝胶法在金刚石微粉(粒度0.1~4μm)表面包覆一层非晶纳米氧化硅膜层,同时在覆膜层中加入纳米Si粉和纳米Al_(2)O_(3)粉,制备出金刚石/纳米SiO_(2)/纳米Al_(2)O_(3)复合包覆体。采用高温高压(HTHP)技术,将复合包覆材料置于六面顶压机中,以压力5 GPa、温度1100℃~1700℃、保温20 min的条件制备了金刚石-氧化铝陶瓷烧结体。在高温高压合成过程中,纳米SiO_(2)从非晶态转变为晶态,原料纳米Al_(2)O_(3)中的γ-相、θ-相转变为稳定的α-相,同时,SiO_(2)和Al_(2)O_(3)之间形成了Al_(2)SiO_(5)(莫来石)相,由此,通过高温高压下反应原料的结构转变与复合,可以获得致密度良好的金刚石-氧化铝复合材料。

氧化石墨烯负载氧化铈对铜基复合材料性能的影响

为了提高铜基复合材料的综合性能,本试验设计了三种高强度、高导电性的电触头材料。将氧化石墨烯(GO)和CeO_(2)纳米粒子优良的电学和力学性能引入到电接触性能稳定的铜基复合材料中,采用放电等离子烧结(SPS)的方法制备了Cu/30Cr、0.5GO/CeO_(2)-Cu/30Cr、1.0GO/CeO_(2)-Cu/30Cr三种电触头材料,研究氧化石墨烯负载氧化铈对铜基复合材料性能的影响。研究结果显示在烧结过程中,GO被还原为rGO,原位形成的Cr_(3)C_(2)和CeO_(2)纳米颗粒的位错钉扎效应对材料起到了强化作用,氧化石墨烯负载氧化铈的加入提高了复合材料的综合性能。

氧化铝填充复合材料导热性能的有限元分析

选取Al2O3为填料,使用有限元分析法研究Al2O3填料添加量、粒径大小因素对复合材料导热性能的影响。研究结果表明,当填料的添加量较少时,实验与有限元模拟结果接近;当添加量大于15%时,实验值比模拟值高;填料粒径大小对复合材料导热系数影响微小。

氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料的组成及制备工艺的研究进展

连续氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料(Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)陶瓷基复合材料)具备高熔点、高强度、抗氧化等特点,提升了现有航空航天热端部件自身抗氧化性能,是高温有氧环境应用的理想候选材料。本文首先分析了Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)陶瓷基复合材料的组成部分——氧化铝纤维、氧化铝基体和常见界面相的种类及其作用。其次,总结了目前Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)陶瓷基复合材料所采用的制备工艺如浆料浸渍法、溶胶-凝胶法、前驱体浸渍-裂解法,并讨论了不同制备技术路线对氧化铝陶瓷基复合材料性能的影响、列举了部分国内外学者的工作现状及成果。最后,对于制备在中高温负载下达到较高强度和断裂韧度、能够实现长时间服役的Al_(2)O_(3f)/Al_(2)O_(3)陶瓷基复合材料提出了可行的优化方案。

氧化铝纤维增强氮化硼基复合材料制备及性能研究

以连续氧化铝纤维编织的2.5D织物为增强体,氮化硼陶瓷为基体,采用PIP工艺制备了2.5D氧化铝纤维增强氮化硼(AB)基复合材料。研究不同烧结温度下AB复合材料的力学性能、介电性能,并对复合材料断口形貌和烧蚀形貌进行分析。研究表明:AB-1200具有优异的力学性能、介电性能和较好的抗烧蚀性能,在1000℃下力学性能是同条件下2.5D石英纤维增强氮化硼复合材料力学性能的2倍,该体系可用作耐高温烧蚀透波材料。

固含量对浆料浸渍法制备氧化铝陶瓷基复合材料结构与性能的影响

氧化铝纤维增强氧化铝陶瓷基复合材料具有耐高温、高强度、抗氧化等特点,在航空航天热结构材料方向具有广阔的应用前景。使用Nextel^(TM)610纤维布作为增强体,以浆料浸渍-模压成型工艺制备复合材料粗坯,经马弗炉一次高温烧结获得氧化铝陶瓷基复合材料。通过对纤维和基体的晶体结构、力学强度等性能随热处理温度变化的影响确定适合复合材料制备的温度范围。研究不同固含量浆料对复合材料力学性能和微观结构的影响。结果表明:Nextel^(TM)610/Al 2O 3陶瓷基复合材料的弯曲强度随着固含量的增大呈先增大后减小的变化趋势,当浆料固含量为60%(质量分数,下同)时,其弯曲强度最大,达到370.68 MPa。当固含量小于60%时,复合材料弯曲强度较低的原因是纤维束内的基体填充不足;当固含量增大至65%时,复合材料弯曲强度衰减原因是过多基体缺陷的产生和纤维-基体界面间结合增强,阻碍了纤维脱粘、拔出等增韧机制。

纳米氧化铝对油井水泥基复合材料力学性能的影响

低温环境会降低油井水泥基复合材料的水化速率,导致水泥石力学强度发展慢,不能满足固井作业的要求。为提高水泥石早期强度,室内评价了纳米氧化铝粉末对油井水泥基复合材料流变性、失水量和稠化时间等常规性能的影响规律,同时研究了不同含量纳米氧化铝水泥石的抗压强度、抗折强度和抗冲击强度力学性能,并对水泥石进行微观分析。结果表明:纳米氧化铝会增大水泥浆流变性,改善水泥浆浆体稳定性,缩短水泥浆稠化时间,降低水泥浆失水量,在油井水泥基复合材料中应用需要掺入合适的分散剂和缓凝剂。同时,纳米氧化铝可以明显提高水泥石抗压强度、抗折强度和抗冲击强度,对水泥石早期力学性能改善效果显著。使用纳米氧化铝制备的油井水泥石微观结构致密。

国产氧化铝纤维增强铝基复合材料的耐蚀性研究

为探究氧化铝纤维增强铝基复合材料的耐蚀性,进行了模拟浅层海水腐蚀试验。采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计等设备,对不同镀铜氧化铝纤维含量的ZL301基和Al基复合材料的微观形貌、元素成分、相结构及显微硬度进行了研究,着重就含5%镀铜氧化铝纤维的ZL301基复合材料在5%NaCl溶液中浸泡不同时间后的表面形貌及腐蚀产物进行了表征。结果表明:纯铝的耐蚀性优于ZL301铝合金;镀铜氧化铝纤维的加入削弱了材料的耐蚀性,且随着纤维含量的增加,复合材料的耐蚀性逐渐降低。镀铜氧化铝纤维增强ZL301基复合材料的腐蚀可以分为3个阶段:腐蚀性离子的吸附,形成点腐并破坏表面氧化膜,以及基体腐蚀。

氧化铝纤维增强氧化铝基复合材料研究进展

与传统金属材料相比,氧化铝纤维增强氧化铝基(Al_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3))复合材料因具有比强度高、密度低、耐高温和抗氧化等特点,已经成为新一代备受国内外学者关注的航空航天热结构复合材料。本文介绍了目前常用的氧化铝纤维及其基本性能,总结了Al_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)复合材料中常用的界面相及其对复合材料性能的影响规律,归纳了Al_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)复合材料的制备工艺及性能,指出了该材料未来的发展趋势,旨在为国内Al_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)复合材料的研究提供借鉴和参考,促进Al_(2)O_(3)/Al_(2)O_(3)复合材料在航空航天领域热端高温部件上的广泛应用。

碳纳米管和氧化铝颗粒在铜基复合材料中的协同作用

金属基复合材料中加入增强相,可以提高金属基体的力学性能和物理性能。碳纳米管和氧化铝颗粒作为常用的增强相,将二者同时加入金属基复合材料中,由于增强相之间的协同作用,可进一步提高其力学性能。加入0.8%(质量分数,下同)氧化铝颗粒、0.8%碳纳米管后,铜基复合材料的维氏硬度较之单独加入0.8%碳纳米管提高了5.4%;抗拉强度与单独加入0.8%碳纳米管和单独加入0.8%氧化铝颗粒相比分别提高了18.1%、41.6%;延伸率也分别提高了0.62倍、3.22倍。

氧化铝颗粒增强铜基复合材料

在纯铜粉末冶金工艺的基础上，系统地研究和分析了氧化铝对复合材料组织、性能的影响．在烧结过程中，弥散分布于铜基体中的氧化铝颗粒对致密化以及晶粒长大都有阻止作用．随着复合材料中氧化铝含量的增加，材料的密度、导电性呈下降趋势，而硬度出现极大值．当氧化铝含量为１％左右时材料的导电性和机械性能达到较好的配合．

制备工艺参量对超大颗粒石墨/铜基复合材料基本性能的影响

添加超大石墨颗粒来提高铜的润滑性能具有制备操作简便、工艺成本低等优点。文章在研制超大粒度石墨颗粒作为功能相的铜基复合材料基础上,探讨制备工艺参量对该复合材料热导率、压缩强度和摩擦系数等基本性能的影响。研究发现,该复合制品的热导率明显大于采用等质量的较小粒度石墨原料的复合制品;石墨含量越多,颗粒越小,铜/石墨复合样品的热导率就越低。结果表明,该复合制品的规定非比例压缩强度和抗压强度均明显高于采用较小石墨颗粒的复合制品,其力学性能主要与石墨颗粒大小和添加量有关。在本工作的粒度范围(120~1500μm)和含量范围(5%~15%)内,石墨颗粒越大,含量越少,其复合制品的力学强度就越好。研究还表明:该复合制品的摩擦系数与采用等质量的较小粒度石墨原料的复合制品基本相当;对于摩擦性能,本工作中的石墨含量以10%为佳,粒度以32目即约为720μm为佳。

原位合成颗粒增强铜基复合材料的研究进展

弥散强化型铜基复合材料,兼具优异的导电导热性能、高强度、良好的热稳定性和耐磨性,是核反应堆、航空器及高端装备中各种导电导热元件的关键材料,在核电、航空、交通、军事等诸多重要领域有不可替代的作用。原位合成法是在一定温度下金属基体内发生化学反应,原位生成一种或几种陶瓷增强体的技术。原位反应制备颗粒增强铜基复合材料存在两个重要的问题亟待解决:一是增强相的团聚问题,二是增强相的尺寸调控问题。本文总结了几种较为常用的制备弥散强化型铜基复合材料的原位合成方法,并对比分析了几种方法的特点、优劣及技术难点。同时,本文综述了原位合成法对铜基复合材料中颗粒尺寸和分布的影响,分析了原位合成法不同参数对复合材料力学及综合性能的影响规律,并从增强相颗粒形核与生长的原理出发,提出了促成细小弥散颗粒增强相的工艺方案。

球磨时间和氧化铝含量对氧化铝弥散增强铜基复合材料组织与性能的影响

采用高能球磨法,通过改变Al2O3含量(质量分数)和调节球磨时间等参数,烧结制备出不同含量Al2O3颗粒弥散增强的铜基复合材料;通过显微组织观察、相对密度、电导率和硬度的测试,研究了Al2O3含量和球磨时间对烧结体组织和性能的影响。结果表明:球磨转速为270 r.min-1时,随球磨时间延长,铜晶粒细化和晶格畸变增加,晶粒从片层状逐渐变为球状,烧结体的相对密度先升高后降低,电导率和硬度升高;随着氧化铝含量的降低,相对密度提高,硬度先降后升,含1.2%Al2O3时相对密度最大为89.4%,电导率最高为50%IACS。

原位生长CNTs对于铜基复合材料性能的影响

通过化学气相沉积(chemical vapor deposition,CVD)法成功制备了CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料。采用内氧化法制备Cu-Al_(2)O_(3)粉末,利用CVD技术改善碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)在铜基体中的分散性和界面结合,提高复合材料的性能。在制备的铜基复合材料中,Al_(2)O_(3)和CNTs双增强相的加入能够提高复合材料的力学性能,且CNTs独特的纤维结构有助于阻止熔融铜脱离基体表面,保持液态熔池稳定,避免复合材料导电率降低。双增强相的添加提高了复合材料的耐磨性、抑制了腐蚀坑的形成。Al的质量分数为0.35%的CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料能够保证导电率较高的情况下得到较高的维氏硬度与致密度。为制备高性能铜基电接触材料提供了新思路。

多步法原位制备TiB2颗粒增强点焊电极用铜基复合材料及其应用

为提高点焊电极的使用寿命,采用多步法制备TiB2增强的铜基复合材料。采用X射线衍射(XRD)、金相显微技术、扫描电镜(SEM)等表征手段对多步法制备的TiB2增强的铜基复合材料物相、微观形貌进行分析。通过对复合材料力学性能指标测量发现,多步法制备所制备的铜基复合材料具有较好的综合力学性能,将多步法制备的铜基复合材料加工成点焊电极,其寿命测试结果相较于其它对比样最高,寿命达到1500个焊点,是普通铬锆铜点焊电极寿命的2.6倍。

铜基体铬合金化对二硫化钼/铜复合材料摩擦学性能的影响及作用机制研究

基于铜基体铬合金化的策略,研究了铬含量对二硫化钼/铜复合材料在氮气气氛下摩擦学性能的影响。结果表明,在复合材料中加入1.5wt%铬,摩擦系数低至0.07,磨损率为2.4×10^(-4)mm^(3)·N^(-1)·m^(-1),分别是未添加铬的复合材料的64%和20%。通过透射电镜、X射线光电子能谱、扫描电镜分别对二硫化钼/铜界面结构、摩擦层成分及磨痕亚表层形貌进行了详细的分析,揭示了铜基体铬合金化对二硫化钼/铜复合材料摩擦学性能的作用机制。

高导电高耐热铜合金及铜基复合材料的研究现状与展望

高导耐热铜基材料作为现代高新技术用关键材料之一,已被广泛应用于轨道交通、电子通信和航空航天等领域。本文从铜合金和铜基复合材料两大领域入手,介绍了常见高导耐热铜材料的设计思路、制备方法、微观组织结构、力学性能和物理性能,并对其导电机制和高温强化机理进行了归纳和阐释,最后对高导耐热铜基材料的研究现状和未来发展进行了总结与展望。