CNTs/SiC/Cu复合材料制备及性能

以碳纳米管(CNTs)、碳化硅(SiC)粉体、锌(Zn)粉和CuSO4.5H2O为主要原料,用化学镀的方法制备CNTs/Cu复合粉体,再采用非均相沉淀法制备CNTs/SiC/Cu复合粉体。在750℃、100MPa的制度下进行真空热压烧结后制得CNTs/SiC/Cu复合材料,其中Cu的含量(体积分数,下同)为70%,CNTs的含量(体积分数,下同)分别为0,3%,5%,8%,12%。利用XRD、SEM分析样品的物相组成和显微结构;利用阿基米德排水法、显微硬度计、三点弯曲法测试了复合材料的密度、显微硬度和抗弯强度。结果表明,随着碳纳米管含量的增加,CNTs/SiC/Cu复合材料的密度、显微硬度和抗弯强度等性能发生相应变化,其中,抗弯强度呈现逐渐升高趋势。与未添加碳纳米管的30SiC/70Cu复合材料相比,添加12%CNTs的12CNTs/18SiC/70Cu样品,抗弯强度提高了21.45MPa。

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。

多元醇法制备Cu_2O/CNTs复合材料的研究

以Cu(CH3COO)2·H2O和经硝酸处理的CNTs作为原料,采用多元醇法成功合成了纳米氧化亚铜均布于碳纳米管表面的复合光催化剂.用透射电镜(TEM),高分辨透射电镜(HRTEM),X射线粉末衍射(XRD)对样品进行了表征,测试结果表明大小为2～5nm的氧化亚铜纳米颗粒均匀分散于碳纳米管的表面.讨论了反应条件对Cu2O在CNTs上负载效果的影响并就多元醇法合成Cu2O/CNTs复合材料的反应机理作了初步探讨.

SPS制备SiC/Cu复合材料的耐腐蚀性能探究

使用放电等离子烧结工艺,以纯铜(Cu)为基体,碳化硅(SiC)为增强相制备了SiC/Cu复合材料,采用盐雾腐蚀方法研究了SiC含量对SiC/Cu复合材料耐腐蚀性能的影响。采用SEM对复合材料的表面形貌进行观察,并使用显微硬度仪、旋转摩擦试验仪对其腐蚀前后的力学性能进行了测试。结果表明:SiC的加入能够提高样品的致密度,烧结制备的试样质量良好,平均致密度达到96.3%。SiC/Cu复合材料的耐腐蚀性随着SiC的添加呈现先增加后下降的趋势,SiC添加量为7%时腐蚀速率最低为6.310 g/m-2·h-1,相比于纯铜复合材料下降了51.4 %。此时硬度损失最低为2.8%,磨损量增加值最低为0.0107 mm3。盐雾腐蚀产物较为致密,与复合材料的结合良好,有效保护了复合材料表面,从而提高材料的耐腐蚀性能。

热压烧结及轧制工艺对CuCr/CNTs复合材料组织与性能的优化

基于电工材料高电导、高强度的发展需求,本工作通过粉末真空热压烧结成功制备出微量Cr元素掺杂的功能化碳纳米管增强铜基复合材料(CuCr/CNTs),系统研究了热压烧结及轧制工艺对复合材料电导率和力学性能的影响。研究发现,在烧结温度为900℃、保温1 h、保压压力为50 MPa的工艺下,样品的电导率高达96.2%IACS,硬度为73.0HV。通过对微观组织与性能的分析,发现热压烧结工艺显著影响基体晶粒的尺寸以及界面处碳化物的数量,界面处适量Cr 3C 2纳米相的存在可以改善界面润湿性,增强界面结合,有利于电流传递和载荷传递。通过进一步冷轧,CNTs定向排列并均匀分散,样品的电导率和力学性能均有提升,在电导率保持96.6%IACS时,其屈服强度可达311 MPa,拉伸强度达到373 MPa,具有非常好的工程应用前景。

Cu/CNTs复合材料的微观组织形貌与性能研究

在原位合成分布均匀的Cu/CNTs复合粉末的基础上,采用烧结温度为650℃,加载压力为35 MPa,保温时间为10 min的放电等离子烧结(SPS)工艺制备了Cu/CNTs复合材料。并对含有不同含量的Cu/CNTs复合粉末的Cu/CNTs复合材料的微观组织和性能进行研究。结果表明,当Cu/CNTs复合材料中的Cu/CNTs复合粉末含量为20%时,CNTs沿晶界均匀分布于铜基体中,形成具有一定结合力的CNTs-Cu界面,复合材料的导电率、硬度值和抗拉强度分别为82.8%IACS、96.4HV、417 MPa,且硬度、抗拉强度达到最大。

SiC体积分数对铜基复合材料性能的影响

采用热压粉末冶金法引入Al和Mg元素制备SiC/Cu复合材料,研究SiC体积分数对SiC/Cu复合材料性能的影响。采用X射线衍射、阿基米德排水法、三点弯曲法和扫描电镜分析复合材料样品的物相组成、相对密度、力学性能及微观形貌,并测定其导热系数和热膨胀系数,用ROM混合定律和Turner模型预测复合材料的热膨胀系数。结果表明:试样基体中生成了AlCuMg相,强度大幅增加,且以混合型断裂为主;当SiC体积分数较低时,SiC颗粒在基体中分散较均匀。当SiC体积分数为35%时,SiC/Cu复合材料的致密度、抗弯强度、导热系数和热膨胀系数分别为98.81%、478 MPa、254.76 W/(m·K)和11.84×10^(-6)/K。随着SiC体积分数的增加,SiC颗粒团聚较严重,复合材料的致密度、抗弯强度、导热系数和热膨胀系数随之降低,其硬度呈先增加后降低的趋势,在SiC体积分数为45%时达到最大值110 HRB。Turner模型的预测值与复合材料实测值最为接近。

高体积分数SiC/Cu复合材料的研究进展

高体积分数SiC/Cu复合材料具有热导率高、热膨胀系数低、耐磨性优异及可焊性好等优点,在电子封装及摩擦磨损领域有很大的应用潜力。本文综合评述了SiC/Cu复合材料的制备技术,详细阐述了SiC-Cu的润湿性、界面反应及活性润湿的机理,指出了SiC/Cu复合材料的发展方向和应用前景。

SiC组分含量对SiC/Cu复合材料力学性能的影响

采用真空热压法制备了不同配比的SiC/Cu金属陶瓷复合材料。利用阿基米德原理测定了复合材料的密度及气孔率;利用Instron万能材料电子试验机测得其三点弯曲强度;采用Hv-1000显微硬度仪测试其显微硬度,采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对烧成样品的物相组成和断口显微形貌进行表征。结果表明:随着SiC组分含量的增加,SiC/Cu复合材料的致密度、抗弯强度均有所下降,而气孔率和显微硬度显著增加。在750℃,30MPa压力作用下,保温3min,制备得到的30SiC/70Cu(vol%)的复合材料,具有最优的力学性能,其显微硬度达到2087.2MPa,抗弯强度为174.0MPa。SiC/Cu复合材料的断裂行为既表现出一定的微观韧性特征,又表现出一定的脆性特征。

放电等离子法制备SiC/Cu复合材料及其性能研究

以Cu、SiC粉末为原料,用放电等离子法制备SiC/Cu复合材料;利用X射线衍射仪分析不同球磨时间的混合粉末物相;用扫描电镜观察粉末的形貌,并进行粒度分析。研究了不同压力下SiC/Cu复合材料的致密度和显微硬度,研究了SiC含量对该复合材料硬度、密度和摩擦磨损性能的影响,并讨论了其磨损机制。结果表明:在50 MPa的烧结压力下,该复合材料的致密度和硬度最优异,SiC含量为10%时,该复合材料的摩擦磨损性能最好,其磨损机制主要是黏着磨损和磨料磨损。

不同工艺对SiC/Cu复合材料界面结合的影响

采用包裹法和机械合金法制备了SiC:Cu为20:80(体积比)的SiC/Cu复合材料。采用XRD,SEM及EDAX能谱对粉体和烧成样品的物相、断口显微形貌及断口物质成分进行了表征。结果表明:采用包裹法在制备复合粉体过程中出现Cu2O,其含量在烧结过程中减少,包裹法制备的烧成样品SiC颗粒和Cu结合成"核-壳"结构,两相分布比机械合金法更均匀,界面结合更好,强度更高。

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。

Cu/Ti_3SiC_2复合材料的制备及其磨损性能研究

以Cu粉、Ti3SiC2粉末为原料,采用热压烧结技术,制备了不同体积分数的Cu/Ti3SiC2复合材料。用光学显微镜分析了该复合材料的微观组织,利用环块式摩擦磨损试验机测试了其磨损性能,采用SEM、EDS和XRD观察分析发该复合材料的磨损表面形貌及其组成。结果表明:Ti3SiC2在基体组织中分布均匀,随着其含量的增加,其在基体组织中的分布有聚集的趋势,材料的致密度逐渐下降;磨损质量损失在Ti3SiC2含量达到20vol%时最小;该复合材料的磨损机理以粘着磨损、磨粒磨损为主,同时伴随有一定量的氧化磨损,氧化产物为Cu2O。

SiC/Cu复合材料磨损界面研究

采用非均相沉淀法制备了SiC/Cu包裹复合粉体,热压烧结制备SiC/Cu复合材料.以Si3N4球为摩擦副,在400℃条件下进行磨损实验.采用XRD、SEM分别对磨损前后材料的界面物相、磨损界面的形貌以及裂纹的扩展变化情况进行分析.结果表明:在该实验条件下,SiC/Cu复合材料界面的物相随着磨损的进行发生变化,Cu2O含量大大增加,同时出现CuO.随着循环荷载的增加,复合材料的内部产生了裂纹,裂纹的扩展是沿着SiC/Cu界面进行;而SiC颗粒的存在,使复合材料内部裂纹发生偏转,有利于提高材料的耐磨性.

SiC颗粒表面处理对SiC/Cu复合材料性能的影响

将SiC颗粒在1 100℃和空气气氛下锻烧6 h得到氧化态的SiC颗粒,在5%HF酸中浸泡24 h得到酸洗过的SiC颗粒;然后采用非均相沉淀包裹法制得铜包裹不同状态SiC复合粉体,采用热压烧结工艺制备了含有35%SiC(体积分数)的SiC/Cu复合材料;对复合材料的微观结构和性能进行了研究和分析。结果表明:与原始态SiC颗粒的复合材料相比,对SiC颗粒进行高温氧化和酸洗后使得SiC/Cu复合材料具有不同的界面结合状态,均能提高复合材料的强度和硬度,酸洗态SiC颗粒制备的复合材料强度和硬度均最高。

SiC_f/Ti6Al4V/Cu复合材料的界面行为及力学性能

采用箔-纤维-箔法制备SiCf/Ti6Al4V/Cu复合材料,研究Ti6Al4V在连续SiC纤维增强Cu基复合材料中作界面改性涂层时的界面反应结合特征。利用光学显微镜、扫描电镜和能谱仪分析复合材料显微组织、断口形貌以及SiCf/Ti6Al4V界面和Ti6Al4V/Cu界面的反应扩散特征。结果表明:该复合材料的抗拉强度并没有显著提高;SiCf/Ti6Al4V界面反应非常微弱;而Ti6Al4V/Cu界面反应非常明显,主要是Ti原子与Cu原子之间的反应,反应层厚度约为20μm;反应产物主要呈4层分布,分别为CuTi2、CuTi、Cu4Ti3和Cu4Ti。

SiC/Cu纳米包裹粉体及其复合材料的制备

选用工业生产的SiC亚微米粉体,利用置换反应制备纳米Cu.采用直接还原-旋转沉淀工艺制备SiC/Cu包裹粉体.采用气氛烧结获得金属陶瓷复合材料.分别通过AES、XRD、SEM等分析方法对原始SiC粉体、包裹复合粉体和烧成样品进行表征.结果表明:包裹复合粉体具有"核-壳"结构,由于Cu的自发氧化使得复合粉体中出现Cu2O.包裹结构中SiC颗粒抑制了烧结过程中Cu的晶粒生长,从而使烧结样品呈现纳米结构.

无压浸渗法制备SiC/Cu-Al复合材料的工艺研究

以Cu包裹SiC颗粒形成的SiC/Cu复合粉体为增强体,采用无压浸渗工艺制备含SiC为70%体积分数的SiC/Cu-Al复合材料。通过正交试验研究了制坯压力、浸渗温度和浸渗时间对浸渗深度的影响。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了复合材料的形貌和相结构。结果表明,在制坯压力10 MPa、浸渍温度850℃、浸渍时间3 h条件下,SiC/Cu-Al复合材料的组织均匀、致密度好、无明显气孔缺陷,其膨胀系数为6.932 3×10-6/℃。

SiC/Cu-Al复合材料无压浸渍制备工艺的研究

利用化学镀法在SiC颗粒表面包覆Cu层制备了SiC/Cu复合粉体,然后将其压制成预制体并在熔融铝液中无压浸渍,制出了SiC/Cu-Al复合材料。研究了浸渍温度和时间对所制SiC/Cu-Al复合材料浸渍效果的影响。结果表明:SiC颗粒表面的Cu包覆层分布均匀;在800℃、保温2 h条件下制备的SiC/Cu-Al复合材料显微组织致密;在700～900℃的浸渍温度范围内,铝的浸渍深度随着浸渍温度的升高先增加后减小;随着浸渍时间的延长,复合材料的显微组织越来越致密;Cu包覆层有效地改善了SiC颗粒与铝熔体间的润湿性,抑制了Al4C3脆性相的生成。