内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料

Al2O3/Cu复合材料不仅具有和纯铜一样优良的导电、导热性能,而且由于弥散强化的作用使其拥有高的硬度和强度,特别是优越的高温强度,从而使其成为越来越重要的工程材料之一。论述了Al2O3/Cu复合材料的强化机理及Cu-Al合金的内氧化机理,重点阐述丁内氧化过程中Al2O3颗粒的形核、长大和粗化,并采用内氧化法制备了性能优越的Al2O3/Cu复合材料。

Al2O3弥散增强Cu基高导电率复合材料的制备及性能研究

采用高能球磨结合放电等离子烧结的方法制备0.5%、1.0%和2.0%的Al_2O_3弥散增强Cu基复合材料。研究Al_2O_3在Cu基体中的分布状态,以及对复合材料强度、硬度、导电性能和摩擦系数的影响。结果表明:弥散分布于晶界处的Al_2O_3颗粒导致复合材料的硬度和抗拉强度都提高,而伸长率、电导率降低和摩擦系数降低。1.0%Al_2O_3/Cu复合材料的相对密度达到98.22%、电导率为48.38 MS/m,硬度102.7 HV,抗拉强度264.97 MPa,摩擦系数0.28。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的再结晶行为

以Cu2O为氧化剂,采用Cu-Al合金粉末内氧化及后续的粉末冶金法制备了Al2O3/Cu复合材料。并将不同Al2O3含量的试样进行不同变形量的冷拔处理,在氮气保护下进行高温退火处理(700℃～1050℃,1h)。研究了硬度随退火温度的变化规律,观察了显微组织。结果表明:在铜基体中弥散分布着纳米级的Al2O3颗粒;经900℃,1h退火后Al2O3/Cu复合材料的硬度可保持室温的87%以上;其再结晶温度高达1000℃;变形量和Al2O3含量增加均使硬度提高,但对软化和再结晶温度影响不大。

制备工艺对Al_2O_3/Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响

以Al2O3颗粒为增强相,分别采用内氧化法和粉末冶金法制备了Al2O3/Cu复合材料,并在HST100型载流高速试验机上进行了载流摩擦磨损性能测试,研究了制备工艺对Al2O3/Cu复合材料载流摩擦性能的影响。结果表明,内氧化法制备的A12O3/Cu复合材料的导电率和硬度均高于粉末冶金法制备的A12O3/Cu复合材料,且内氧化法比粉末冶金法制备的Al2O3/Cu复合材料具有更低的磨损率和摩擦系数。微观组织观察表明,内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料内部Al2O3颗粒分布均匀,且Al2O3颗粒与铜基体的界面结合整齐致密无污染,这是内氧化法比粉末冶金法制备的Al2O3/Cu复合材料具有更优抗载流摩擦磨损性能的主要原因。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的载流摩擦磨损特性

采用内氧化法制备了Al2O3/Cu复合材料,研究了复合材料在载流条件下的摩擦磨损特性,并进行了微观组织结构分析。结果表明:采用内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料,在铜基体中弥散分布着纳米级的Al2O3颗粒;载流条件下,该复合材料的抗摩擦磨损性能显著优于铬青铜合金;电流较小时具有磨粒磨损和粘着磨损的共同特征,电流较大时以粘着磨损为主。在试验范围内,电流比载荷对磨损率的影响显著。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的研究现状

综述了内氧化法制备Al2O3/Cu复合材料的研究现状,总结了内氧化法制备Al2O3/Cu复合材料的必备条件,对内氧化动力学和热力学进行了详细的阐述,并以Cu2O为氧源,采用内氧化法制备了Al2O3/Cu复合材料,验证了其优越的室温和高温性能;对以复合材料棒材为原料制备的点焊电极进行装机试验,结果表明其寿命为传统Cu-Cr-Zr电极的3～5倍;最后着重分析了内氧化法制备Al2O3/Cu复合材料发展过程中亟待解决的问题。

Al_2O_3/Cu复合材料内氧化粉末的制备

通过引入高能球磨,为Al2O3/Cu复合材料的内氧化工艺提供了新的粉末制备途径。高能球磨可制备亚稳态的Cu Al预合金粉末,使用该粉末进行内氧化,既可避免复杂的雾化制粉装置,又可使Al的脱溶氧化变得容易,缩短内氧化的周期;Cu2O粉末与Cu Al预合金粉末一起进行球磨,一方面改善了粉末内氧化的动力学条件,另一方面避免了Cu2O分解后产生的富铜相。球磨过程适宜的酒精加入量为15mL/100g粉料。Cu Al系粉末在经过96h的球磨后合金已经形成,合金粉末向层片结构发展,此时粒子已经细化。X射线衍射图谱中Al的衍射峰的消失是Cu Al系粉末形成合金的标志,并不是晶粒细化所致。Cu 2 0%Al比Cu 0 8%Al的合金更容易细化,层片结构更突出。

Al_2O_3La_2O_3Y_2O_3/Cu复合材料的电弧侵蚀特性研究

采用喷射沉积和内氧化法制备出Al2O3La2O3Y2O3/Cu复合材料,研究该材料在直流20 V/20 A的工作条件下触点的电弧侵蚀特性,并与Al2O3/Cu材料进行了对比分析.利用电子天平、扫描电镜等方法分析电弧侵蚀后触点的质量变化和表面微观结构.结果表明,通过添加Y2O3、La2O3稀土氧化物颗粒,可有效降低触头材料的材料转移量.Al2O3La2O3Y2O3/Cu材料的抗熔焊性和抗烧损性优于Al2O3/Cu材料的性能.在直流阻性负载条件下Al2O3La2O3Y2O3/Cu阳极触头表面形成凹坑,阴极触头表面形成凸起,触点表面显示出浆糊状凝固物和喷发坑等电弧侵蚀形貌特征.

细晶Al_2O_3/Cu复合材料的研究

在粉末冶金工艺的基础上 ,研究了一套新工艺 ,制取了纳米级Al2 O3 /Cu复合材料 ,观察组织并测试其性能。结果表明 :制取的纳米级Al2 O3 /Cu复合材料 ,Al2 O3 为 5 0～ 70nm ,组织中晶粒细小 ,电导率大于80 %IACS ,软化温度超过 6 6 0℃ ,室温硬度达 130HV ,综合性能优良。

载流条件下Al_2O_3/Cu复合材料的摩擦磨损特性研究

采用内氧化法制备了Al2O3/Cu复合材料,研究了该复合材料在载流条件下的摩擦磨损特性,并进行了微观组织结构分析。结果表明:采用内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料,在铜基体中弥散分布着纳米级的Al2O3颗粒;在载流条件下,该复合材料的抗摩擦磨损性能显著优越于铬青铜合金;电流较小时具有磨粒磨损和粘着磨损的共同特征,电流较大时以粘着磨损为主。在试验范围内,电流较载荷对磨损率的影响显著。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的电蚀特性

以Cu2O为氧源,采用内氧化法制备了Al2O3/Cu复合材料,通过电火花试验研究了该复合材料的电蚀特性,并进行了微观组织结构分析。结果表明,采用内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料,在铜基体中弥散分布着纳米级的Al2O3颗粒;在基本保证与紫铜相同加工速度的前提下,Al2O3/Cu复合材料工具电极的相对损耗和工件表面粗糙度均小于紫铜工具电极,且在试验范围内Al2O3/Cu复合材料工具电极损耗和工具表面粗糙度均随Al2O3含量的增加而降低。

热压与放电等离子体烧结两种工艺制备Al_2O_3/Cu复合材料

由机械合金化法(MA)制得纳米级Al2O3颗粒弥散镶嵌于微米级Cu颗粒表面的复合粉末,利用球形化工艺改善所制得复合粉的形貌及粒度范围,分别采用热压法(HP)和放电等离子体烧结(SPS)法制备Al2O3/Cu复合材料。通过测试密度、电导率、抗弯强度及SEM复合粉形貌和烧结体断口分析、微区成分分析,对比研究了Al2O3质量分数分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%时Al2O3/Cu复合材料的物理、力学和电学性能。结果表明:不同制备工艺下随着Al2O3含量增加,材料的抗弯强度先增后降,电导率除受杂质影响外,还受材料缺陷的影响,故变化规律不明显,对于Al2O3含量相同的Al2O3/Cu复合材料,采用SPS法制备的复合材料的致密度、抗弯强度及电导率均高于HP法;在弯曲应力下两种制备方法所得复合材料均发生延性断裂。

内氧化制备Al_2O_3/Cu复合材料组织性能研究

采用内氧化工艺,用Cu2O粉作氧化剂,在900℃下使Cu-Al合金薄平板内氧化,获得Al2O3/Cu复合材料,研究Al2O3/Cu复合材料的组织特征及性能。结果表明,复合层中Al2O3颗粒呈弥散状分布;复合层表层和内部的晶粒大小明显不同,表层处晶粒比内部的细小,固溶在Cu基体内部的Al内氧化时以Al2O3形态从基体析出,弥散分布的Al2O3颗粒强化了铜基体,表面显微硬度提高。与固溶在Cu基体中的Al原子相比,Al2O3对电子的散射要小得多,因而内氧化析出Al2O3后电导率升高。Al2O3/Cu复合材料薄板随着冷加工变形量的增加,氧化颗粒与位错的缠结越严重。

Al_2O_3/Cu复合材料的塑性变形及再结晶

内氧化方法虽然可获得细小氧化物颗粒 ,但是所得氧化物在复合材料中的分布很不均匀 ,且材料致密度较低。本文研究了 Al2 O3/Cu复合材料的塑性变形行为 ,变形材料在退火过程中的再结晶规律以及塑性变形对氧化铝弥散强化复合材料组织及性能的影响。实验证明 ,该材料具有很高的加工硬化系数 ,弥散氧化物能够明显提高复合材料的再结晶温度 ,提高材料的高温强度。

Al_2O_3/Cu复合材料的载流摩擦磨损性能

研究了采用内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料在载流条件下的干滑动摩擦磨损性能,结果表明,在相同条件下,Al2O3/Cu复合材料的抗摩擦磨损性能明显优于紫铜;当电流一定时,随着速度与载荷的增加,销试样的磨损率增加,摩擦因数降低。Al2O3/Cu复合材料销试样表层发生了磨粒磨损和粘着磨损,紫铜表层主要发生了粘着磨损。在试验范围内,质量分数为0.60%的Al2O3的Cu基复合材料比质量分数为0.24%的磨损率和摩擦因数低。

真空热压烧结Al_2O_3/Cu-Cr复合材料的组织与性能

采用简化内氧化真空热压烧结工艺制备了不同Cu2O加入量(4%、5%、6%)的Al2O3/Cu-Cr复合材料。分析研究了其微观组织与性能,并研究了冷变形对材料性能的影响。结果表明,在铜基体上弥散分布着细小粒状Al2O3颗粒,其粒径为5～20nm,颗粒间距为20～150nm;Al2O3/Cu-Cr复合材料经80%变形后,其硬度和抗拉强度明显提高,而电导率则随变形量的增大先升高后降低;随着Cu2O加入量的增加,材料的抗软化性能逐渐提高;当Cu2O加入量为5%时,真空热压烧结(950℃,2h,22MPa)后全部完成内氧化,且变形后综合性能最优,此时Cu2O含量为最佳的添加量。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的再结晶

利用内氧化法制备了Al2O3/Cu复合材料,研究了该材料在不同冷拔变形量和Al2O3含量下,其硬度值随退火温度变化的规律,并进行了显微组织结构分析。结果表明:采用内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料,在铜基体中弥散分布着纳米级的Al2O3颗粒;经900℃×1h退火后,其硬度可保持室温的87%以上;其再结晶温度高达1000℃;变形量和Al2O3含量增加均使硬度提高,但对软化和再结晶温度影响不大。

机械合金化结合内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料

Al2O3/Cu复合材料具有高的强度和高的导电性及优良的抗电弧性能,广泛应用于电子封装材料、电极和电触头材料。采用机械合金化制备亚稳态的Cu-Al-Cu2O合金粉末,经压制成型后,采用新型内氧化工艺进行烧结处理,得到高强度高导电的Cu/Al2O3复合材料。结果表明:机械球磨96h,Al原子已完全固溶于Cu的晶格中。经1183K内氧化处理4h试样组织均匀致密,Al2O3颗粒弥散分布在铜基体上,其硬度高,电导率高。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料电滑动磨损性能的研究

采用内氧化法制备Al2O3/Cu复合材料,在自制电磨损试验机上评价Al2O3/Cu复合材料的磨损性能,采用扫描电子显微镜观察Al2O3/Cu复合材料的磨损表面形貌,用能谱仪对其磨损表面主要元素进行分析并探讨其磨损机制.结果表明:在相同试验条件下,Al2O3/Cu复合材料的磨损性能明显优于Cu-0.36Cr-0.06Zr合金,Cu-0.36Cr-0.06Zr合金的磨损率较0.40%Al2O3/Cu复合材料的磨损率高1倍多;在无加载电流条件下,Al2O3/Cu复合材料的磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损;在载流条件下其磨损机制主要以粘着磨损为主,并随着电流强度的增加,粘着磨损程度加重,Al2O3/Cu复合材料表面的粘着物主要来自于铜基粉末冶金滑块;Cu-Cr-Zr合金在无加载电流条件下的磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损,在载流条件下主要为粘着磨损、磨粒磨损及电烧蚀磨损.

反应球磨烧结制备Al_2O_3/Cu复合材料的组织与性能

以铜铝合金粉为原料,利用反应球磨并结合放电等离子烧结工艺制备了Al2O3/Cu复合材料,研究了球磨不同时间后合金粉的形貌、物相以及铝含量对复合材料组织与性能的影响。结果表明：铜铝合金粉球磨20h后,生成了粒径为2~5μm的类球状颗粒,Cu相衍射峰发生明显的宽化,在铜基体中原位生成了纳米α-Al2O3颗粒相;Al2O3颗粒的尺寸及其在基体中的分布与铝含量有关,随着铝含量增加,Al2O3颗粒逐渐长大、富集甚至团聚;复合材料的相对密度和导电率均随着铝含量的增加逐渐降低,显微硬度则逐渐升高;当铝的质量分数为0.7%时,复合材料具有最佳的综合性能。