WEAR TRANSITIONS OF C/Cu COMPOSITE MATERIALS

An unlubricated sliding friction test on C/Cu composite materials is described. The result of the test proves that adhesive wear is the domination. At a certain speed, when the load upon the test block is light, the wear rate remains low level and the friction pair has a good antifriction performance. But when the load increases to a certain value, the wear transitions happen, the wear becomes severe.

CF/Cu-10Sn复合轴承材料温压成形致密化规律和其有关性能研究

采用粉末冶金温压成形方法制备出了碳纤维体积含量为 10 %的短碳纤维增强锡青铜 (CF/Cu 10Sn)复合轴承材料 ,研究了温压温度、压力等对温压压坯密度的影响 ,同时对温压压坯的烧结行为和烧结体的力学性能进行了测试分析。试验结果表明 :通过选取合适的温压温度 ,温压成形可以明显提高CF/Cu 10Sn复合压坯的密度 ;对含有高模量碳纤维的CF/Cu 10Sn体系 ,温压成形时仍可用经典的粉末压制方程来描述压坯密度和压制压力之间的关系。此外 ,温压成形可以改善压坯中的颗粒充填状况 ,有利于控制烧结体的尺寸变化 ,并提高烧结体的密度和相关力学性能。

摩阻和生物功能C/CF/Cu基复合材料的制备

采用压力浸渗凝固成型方法制备了树脂碳化碳 /碳纤维 /铜 (C/CF/Cu)复合材料 ,借助于抗拉强度测试以及扫描电镜下复合界面、组成物分布和断口形貌观察 ,探讨了树脂碳化温度、C/CF先驱丝表面镀铜以及铜液浸渗凝固压力对C/CF/Cu基复合材料的影响。结果表明 ,随着真空碳化温度的提高 ,C/CF先驱丝的抗拉强度降低。 60 0℃真空碳化处理可使C/CF先驱丝有较高的抗拉强度 (12 0 7MPa) ,同时有利于先驱丝导电和表面镀铜。在C/CF先驱丝表面镀铜厚度为 40～ 60 μm ,有助于制备界面结合良好和抗拉强度较高的C/CF/Cu基复合材料。随着铜液浸渗凝固压力的提高 ,C/CF/Cu基复合材料的抗拉强度升高 ,当压力为2 8.5MPa时 ,复合材料的界面结合良好 ,组成相分布均匀 ,抗拉强度达到 5 95MPa ,是纯铜的 3倍以上。

基体碳对C/CF/Cu复合材料的影响

采用树脂碳化和碳气相沉积相结合的方法制备了碳/碳纤维(C/CF)先驱丝,用压力浸渗凝固成形方法制备了碳/碳纤维/铜(C/CF/Cu)复合材料,借助于扫描电镜下复合材料界面和相分布观察,以及显微硬度和滑动摩擦磨损测试,探讨了基体碳(树脂碳化碳和沉积碳)对C/CF/Cu复合材料成形、显微硬度及摩擦磨损的影响。结果表明,碳化和碳气相沉积处理的C/CF先驱丝相对致密,并阻碍铜液的压力浸渗成形,但该先驱丝硬度高于碳化处理的C/CF先驱丝。碳化和碳气相沉积处理的C/CF/Cu复合材料滑动摩擦磨损耐磨性高于纯铜,而且滑动摩擦因数也高于纯铜。证明C/CF/Cu复合材料是一种具有摩阻功能的复合材料。

C/CF/Cu复合材料界面和抗拉强度研究

采用树脂碳化方法制备了碳/碳纤维(C/CF)先驱丝,用压力浸渗凝固成型方法制备了碳/碳纤维/铜(C/CF/Cu)复合材料,借助抗拉强度测试及扫描电镜下复合材料界面和相组成物分布观察,探讨了C、CF和Cu三组元复合界面特性以及碳纤维丝类型和C/CF先驱丝体积分数对C/CF/Cu复合材料抗拉强度的影响。结果表明,C/CF/Cu复合材料的微观界面是碳纤维单丝-树脂碳化碳-铜双复合界面,此界面属于无化学反应的弱复合界面,铜对C/CF先驱丝的机械锁紧力是提高界面强度和复合材料强度的关键因素。当凝固成型压力为28.5MPa时,1k碳纤维丝的C/CF先驱丝体积分数为25%和3k碳纤维丝的C/CF先驱丝体积分数为44.7%的复合材料的抗拉强度达到较高值,分别为595MPa和587MPa,均为纯铜抗拉强度的3倍以上。3k丝制成的一次C/CF先驱丝内碳纤维丝的数量较多,影响复合材料的界面强度,而选用1k碳纤维丝比较有利。

基于正交试验制备(Ni_(x)Si+C)/Cu复合材料的冶金工艺优化研究

为优化制备(Ni_(x)Si+C)/Cu复合材料粉末冶金的工艺参数,设计正交试验,分别研究了混料方式、烧结温度及烧结时间对(Ni_(x)Si+C)/Cu复合材料微观组织及力学性能的影响。结果表明:过低的混粉能量导致SiC不能均匀分散,反应后制备的复合材料中粉末边界处存在未反应完全的SiC颗粒;过高的混粉能量导致粉末发生严重变形,加大烧结过程中元素的扩散能力,反应后制备的复合材料中粉末边界处Ni_(3)Si和C的混合物呈完整的网状结构;烧结温度的提高和烧结时间的增长,均造成所制备的复合材料粉末边界处析出的Ni_(3)Si数量增加和材料的致密度提高。除此之外,导电率和硬度均呈上升趋势。获得具有最佳导电率和硬度的(Ni_(x)Si+C)/Cu复合材料的冶金制备工艺参数组合为:振动混粉,球料比为1∶5的混料工艺,烧结温度950℃,烧结时间120 min。在该工艺条件下,验证了试样的致密度、导电率和维氏硬度,验证结果均大于正交试验所有的试样,为后续制备性能优异的(Ni_(x)Si+C)/Cu复合材料提供了重要的理论和实践参考依据。

熔渗法制备C/C-Cu复合材料的力学性能

以炭纤维(Cf)针刺整体毡为预制体,分别采用化学气相渗透(Chemical vapor deposition,CVI)和浸渍炭化(Impregnation and carbonization,I/C)制备不同密度和基体炭的C/C坯体;通过添加Ti元素改善熔融Cu与C/C坯体的润湿性。采用真空熔渗法制备C/C-Cu复合材料。对复合材料的力学性能及其与坯体之间的关系进行研究,并与常用滑板材料的力学性能进行比较。结果表明:随着坯体密度的增加,复合材料的抗弯强度下降,而坯体密度为1.4 g/cm3的复合材料的冲击韧性达到最大值。与用I/C坯体制备的复合材料相比,用CVI坯体制备的复合材料具有更高的强度和韧性,其弯曲曲线呈"假塑性"断裂特征,断裂时纤维从热解炭层或熔渗金属相中拔出,熔渗金属相呈"韧窝状"的塑性断裂形貌。冲击断裂时,复合材料倾向于沿TiC/熔渗金属界面断裂。C/C-Cu复合材料的抗弯强度为180～300 MPa、冲击韧性高于3.5 J/cm2,优于常用滑动电接触材料的性能,是一种极具潜力的新型滑动电接触材料。

C_f/SiC复合材料与Ti合金的Ag-Cu-Ti-TiC复合钎焊

以Ag-Cu-Ti-TiC复合钎料为中间层,在适当的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与Ti合金。利用SEM、EDS和XRD分析接头的微观组织结构,利用剪切实验检测接头的力学性能。结果表明:钎焊时,借助液态钎料,复合钎料中的Ti与Cf/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面形成Ti-Si-C、Ti-Si和少量TiC化合物的混合反应层;复合钎料中的Cu与Ti合金中的Ti发生互扩散,在连接层与Ti合金界面形成不同成分的Cu-Ti化合物过渡层;钎焊后,形成TiC颗粒强化的致密复合连接层,TiC的加入降低了接头的残余热应力,Cf/SiC/Ag-Cu-Ti-TiC/TC4接头的剪切强度明显高于Cf/SiC/Ag-Cu-Ti/TC4接头的。

用区熔法制备Cu/C复合材料

提出了一种制备颗粒改性铜基复合材料的新方法——区熔法 ,采用该法成功地制取了石墨 /铜基复合材料 .通过金相、扫描电镜分析和物理性能测试等手段对区熔法制成的复合材料的组织、性能进行了研究 .结果表明 ,在石墨平均粒度小于 1 μm时 ,并且在压制密度、加热和冷却速度合适的条件下 ,复合材料的组织均匀 ,致密性好 ,石墨在基体中弥散分布 ,材料的导电性明显提高 ,特别是电阻率较国内成分相同的市售商品牌号降低 4 1 % .

C-stalk/Cu复合材料的温压成形与表征

应用粉末冶金、木材科学与技术等交叉学科材料成形理论自主开发的木质粉末温压成形新技术,以棉梗粉末为基材,以电解紫铜粉末等为强化因子,在不添加任何可能造成环境污染的胶粘剂的前提下,制备的温压复合材料C-stal/Cu的静曲强度、内结合强度分别高达85.30 MPa、7.13 MPa,磨耗量<0.05 g/100 r、吸水率<0.5%,且具有韧性断裂特征;采用C-stalk/Cu复合材料制备的滑动轴承的压溃强度、表观硬分别高达103.7MPa、53.1 HB,可望替代烧结青铜用于生产轻载滑动轴承,替代天然铁梨木、红木等珍贵木材用于生产高档工艺品,从而在节约有色金属与珍贵木材的同时为农林木质剩余物的高质清洁利用开辟一条新途径。

温压成形法制备C-stalk/Cu复合材料的结构与性能

以棉梗粉末(C-stalk)为基材、电解紫铜粉末为强化因子,添加聚乙烯(PE)作为分散剂,采用温压成形法制备C-stalk/Cu复合材料标准试件和滑动轴承,测定该复合材料的静曲强度、内结合强度、吸水率、表面耐磨性、以及轴承的压溃强度与表观硬度,并观察试件的断口形貌。结果表明:C-stalk/Cu复合材料塑化充分、吸水率低,其静曲强度、内结合强度分别高达92.67 MPa和7.55 MPa,磨耗量仅为优等实木地板漆膜的1/2(<0.05 g/100 r),优于相对密度为80%的6-6-3青铜烧结材料;C-stalk/Cu复合材料制备的滑动轴承,其压溃强度、表观硬度分别高达105.2 MPa和55 HB,可望用来替代烧结青铜生产轻载滑动轴承。

强流脉冲电子束诱发的Cu-C扩散合金化

采用真空烧结技术制备了w(C)=6%的Cu-C(其中C为片状石墨)块状复合材料,利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术对样品进行表面辐照处理,辐照次数分别为1、5、20和40。利用X-ray衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)以及透射电子显微镜(TEM)详细分析了辐照样品的相组成和微观结构,并考查了经HCPEB辐照处理后样品表面的摩擦磨损性能。XRD结果表明:经HCPEB辐照后,衍射峰向高角度偏移,Cu-C间发生固溶,部分C原子与Cu原子形成间隙固溶体,理论计算结果显示最大固溶度达到2.24%。微结构分析结果表明:辐照表面形成高密度的Cu、C纳米晶粒,并在基体Cu中诱发了高密度晶体缺陷,这些结构为C原子的扩散提供了大量的扩散通道。此外,经HCPEB技术处理后材料表面的摩擦磨损性能得到了明显改善。

制备工艺对Cu/C滑动电接触材料组织与性能的影响

研究了固相烧结、液相烧结、液相熔渗和热压烧结等四种工艺制备的Cu/C复合材料 ,并测试了其显微组织、密度、硬度和电导率 ,结果表明 :四种工艺所制备材料的显微组织中 ,石墨均呈网状均匀分布于基体上。液相熔渗和热压工艺制备的Cu/C复合材料密度和硬度较高 ,而固相烧结的较差。几种工艺制备的材料其电性能差别不大。

C_f-Cu复合材料的性能特点、应用及制备方法

Cf-Cu复合材料是由碳纤维和铜采用适当方法制备而成的一种新型金属基复合材料,该材料综合了金属铜和碳纤维的性能特点,具有其它材料无以比拟的性能优势。本文详细论述了Cf-Cu复合材料良好的导电导热、良好的尺寸稳定性和抗摩擦耐磨损等性能及其原因,同时根据这些性能特点展望了它的应用领域以及该材料的制备方法,以便为科研工作者对该材料的研究开发及应用作理论参考。

C_f/Cu/C复合材料的抗弯性能

分别以无纬布/网胎/铜网(A型)和网胎/铜网型(B型)预制体为增强体,采用化学气相渗透和树脂浸渍-炭化法增密制备以热解炭/树脂炭为基体的3种炭纤维混杂铜网增强炭基体(C_f/Cu/C)复合材料,热解炭在热解炭/树脂炭基体中的体积分数分别为38%(M1)、29%(M2)、19%(M3)。选用Instron3369型材料试验机测试材料的抗弯强度。研究预制体类型和热解炭含量对复合材料力学性能的影响。结果表明,预制体类型和热解炭含量是影响复合材料抗弯强度的重要因素。在垂直和平行方向上,A型预制体及B型预制体试样的抗弯强度都随热解炭含量的降低而降低。且对同一试样,垂直方向的抗弯强度均优于平行方向上的抗弯强度,但差异较小;A型C_f/Cu/C复合材料较B型C_f/Cu/C复合材料有更高的抗弯强度。弯曲断裂时,炭纤维从热解炭和树脂炭层中拔出,断口呈台阶状。

C_f/C复合材料铜基活性钎料真空钎焊接头的组织与性能

用铜基活性钎料对Cf/C复合材料进行真空钎焊,并对接头的微观组织、形成机理和接头强度进行研究。结果表明,使用铜基活性钎料可实现Cf/C复合材料的连接,且在实验温度范围内,钎料成分对接头强度具有重要影响。室温下焊接接头的最高剪切强度达21 MPa。

碳纤维-铜、石墨-铜复合电刷材料性能研究

用粉末冶金法制造了碳纤维、石墨分布均匀的复合材料，测定了烧结温度、成分对复合材料性能的影响。

高温材料研究进展及其在航空发动机上的应用

随着航空发动机推重比的提高,急需发展集轻质、高强韧、耐高温、长时间、抗烧蚀于一体的高温结构材料,如TiAl系和Ni3Al基金属间化合物、Cf/C复合材料、陶瓷、CMC-SiC复合材料等,以满足航空发动机愈加苛刻的工作环境。简要介绍了适用于高推重比航空发动机的高温结构材料的研究进展、成果、应用现状及存在问题,指出了高推重比航空发动机用高温结构材料是今后的研究目标和发展方向。

热压烧结法制备石墨/铜铬自润滑复合材料的组织性能

将机械合金化所制得的铜铬合金粉末,采用热压烧结法制备成石墨/铜铬复合材料,并着重分析了其组织性能。结果表明,随着铬含量的增加,复合材料的相对密度和电导率逐渐降低,硬度逐渐升高,抗弯强度先升后降且于铬含量为1%时达到最大。其中含1%Cr和2%C复合材料的相对密度为99.82%,电导率为85.57%IACS,硬度为HBS 69.34,抗弯强度为330MPa。与常规冷压烧结法相比,热压烧结法所制备复合材料的晶粒更加细小,增强相分布更加均匀,故其综合性能更加优异。

新型高强度易加工Cu-FeC复合材料的变形行为

采用真空感应熔炼和快速凝固技术制备了界面复合良好,组织性能优异的新型Cu-FeC复合材料,并通过OM、SEM、TEM、XRD以及力学性能测试分别对熔铸态、奥氏体化后的淬火态及其冷轧态复合材料的组织和变形行为进行了研究。结果表明,熔铸态材料内共存有γ-Fe、α-Fe和马氏体相,而经820℃,4 min奥氏体化和淬火处理后,基体内初生Fe-C相可转化为马氏体相,同时析出大量纳米级γ-Fe相粒子;前者在冷轧过程中表现出较好的协调变形性能,而后者会在粗大Fe-C马氏体相内部或附近产生微裂纹;不过两者冷轧变形后的强度均能获得大幅提升,最高抗拉强度达515 MPa,而延伸率又明显高于已报道具有类似强度陶瓷粒子强化铜基复合材料的延伸率,且拉伸过程均表现出明显的塑性变形特征;此外,本研究根据复合材料组织演化规律提出了相应的组织演化模型图。