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。

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。

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,用压力浸渗凝固成型方法制备了碳/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复合材料成型、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型,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,而且滑动摩擦系数也高于纯铜.C/CF/Cu复合材料是一种具有摩阻功能的复合材料.

Cu-Pd-V钎料真空钎焊Cf/SiBCN复合材料的界面组织与性能

利用Cu-Pd-V钎料对新型四元陶瓷基复合材料C_f/SiBCN进行了真空钎焊连接.利用座滴法研究了CuPd-V钎料对C_f/SiBCN复合材料的动态润湿性.利用SEM和XRD对钎焊接头微观组织及断口物相进行了分析表征.结果表明,经1 170℃保温30 min后钎料在复合材料上的润湿角为57°.在1 170℃-10 min钎焊规范下,CuPd-V钎料在C_f/SiBCN复合材料表面形成厚度约为1μm的V(C,N)反应层,主要包括VC和VN化合物,钎缝中央为Cu_3Pd和CuPd两种固溶体相.接头的室温三点弯曲强度为58.1 MPa,当测试温度提高至600℃时接头强度上升至90.2 MPa,在700和800℃测试温度下钎焊接头强度呈下降趋势,但仍然可以维持在室温强度水平,分别为66.9和64.6 MPa.

RELATIONS BETWEEN INTERFACE OF CF/Al-4.5 Cu COMPOSITE AND SOLIDIFICATION PROCESSING

ＲＥＬＡＴＩＯＮＳＢＥＴＷＥＥＮＩＮＴＥＲＦＡＣＥＯＦＣＦ／Ａｌ４．５ＣｕＣＯＭＰＯＳＩＴＥＡＮＤＳＯＬＩＤＩＦＩＣＡＴＩＯＮＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ①ＣｈｕＳｈｕａｎｇｊｉｅ，ＷｕＲｅｎｊｉｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭ...

用于功率器件封装的新型Cu@Sn@Ag焊片性能

提出了一种用于焊接半导体芯片的新型焊接材料Cu@Sn@Ag焊片。对比分析了Cu@Sn@Ag焊片和商用PbSn5Ag2.5焊片焊层的孔隙率和力学性能,采用这两种焊片封装了110 A商用Si器件并对其进行了电学、热学性能和功率循环可靠性对比。结果表明:优化后的Cu@Sn@Ag焊片孔隙率小于4%,焊层剪切强度平均值约为35 MPa;相应器件的最小热阻为0.18 K/W,且经过150000次的有源功率循环(温差为60℃)后正向压降增长率基本小于2%,Cu@Sn@Ag焊片的性能和器件功率循环可靠性高于商用PbSn5Ag2.5焊片。基于瞬态液相扩散焊接(TLPS)的Cu@Sn@Ag焊片可以实现高铅焊片的无铅化替代,是一种具有良好应用前景的耐高温芯片焊接材料。

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。

先驱体转化法制备2D C_f/SiC-Cu复合材料及其性能

针对固体火箭发动机喉衬的使用工况,提出在Cf/S iC体系中引入Cu,通过Cu发汗降低材料表面温度以提高材料的抗烧蚀性能。采用先驱体转化法制备了铜体积分数分别为2.18%、4.86%和6.53%的新型复合材料,同时考察了其力学性能和烧蚀性能。结果表明,随着铜含量的增加复合材料试样的弯曲强度逐渐下降,分别为261.07M Pa、203.61M Pa、164.91M Pa;试样的断裂韧性也逐渐下降,分别为13.4M Pa.m1/2、12.5M Pa.m1/2、11.8M Pa.m1/2。三种复合材料试样在氧乙炔焰烧蚀30s后,试样结构均保持完整,弯曲强度分别下降到121.16M Pa、140.23M Pa、122.87M Pa,质量烧蚀率分别为0.036g/s、0.050g/s、0.064g/s。与其他喉衬材料相比,2D Cf/S iC-Cu材料密度低、力学性能和抗烧蚀性能好,具有良好的应用前景。

采用Ag-Cu-Ti钎料钎焊C_f/SiC接头的组织和强度

选用Ag-35.5Cu-1.8Ti和Ag-27.4Cu-4.4Ti两种钎料,在880℃/10min钎焊规范下进行了Cf/SiC陶瓷基复合材料的钎焊实验。实验结果表明,钎焊接头中央为典型的Ag-Cu共晶组织,而在钎料与Cf/SiC母材的界面处形成了扩散反应层,Ti在该层中富集。通过界面X射线衍射分析,确定界面存在TiC相,但未检测到Ti-Si相。分析了界面反应机理。接头强度试验结果表明,采用Ag-35.5Cu-1.8Ti钎料获得接头的三点弯曲强度为132.5MPa,而Ag-27.4Cu-4.4Ti对应的接头强度为159.5MPa,分析认为,Ti在钎料中的活性是决定接头性能的关键因素之一,即接头强度随着钎料中Ti活性的提高而呈现增加的趋势。

C/C坯体对C/C-Cu复合材料摩擦磨损行为的影响

采用无压熔渗方法制备炭纤维整体织物/炭-铜(C/C-Cu)复合材料,在MM-2000型环-块摩擦磨损试验机上考察复合材料的摩擦磨损性能,利用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌,研究C/C坯体对材料的摩擦磨损行为的影响及机制。结果表明:随着C/C坯体密度的增加,摩擦系数及C/C-Cu材料自身和对偶的磨损量均降低;采用浸渍/炭化(I/C)坯体的C/C-Cu材料摩擦系数及自身和对偶件的磨损量均高于采用化学气相渗透(CVI)坯体的试样;摩擦面平行于纤维取向的试样摩擦系数低于垂直于纤维取向的试样,但磨损率较高。

2D C_f/SiC-Cu复合材料的制备和性能

针对固体火箭发动机喉衬的使用工况,提出并采用先驱体转化法制备了一种新型的复合材料,2D Cf/SiC-Cu材料(其中Cu作为发汗剂),对其力学性能和烧蚀性能进行了考察。结果表明:采用先驱体转化法可以制备出力学性能较好的2D Cf/SiC-Cu材料,弯曲强度、剪切强度和断裂韧性分别达到263 MPa,27.7 MPa和15.7MPa.m1/2。材料密度为2.24 g/cm3,在氧乙炔焰中烧蚀60 s后,材料结构保持完整,力学性能仍能满足喉衬材料的使用要求,质量损失为0.124 g。因此,2D Cf/SiC-Cu材料具有较低的密度、良好的力学性能和较好的抗烧蚀性能,是一种有希望的固体火箭发动机喉衬备选材料。

雾化喷射沉积成形中沉积体内的凝固过程(Ⅱ)──Al-Cu合金的计算

根据已知的喷射沉积成形沉积体内的凝固模型，对典型的Al-Cu合金进行了计算分析．结果表明，工艺参数（如沉积速率和沉积时雾化锥的温度）和材料的热物性（如界面换热系数）对沉积体内的凝固过程有明显影响．在沉积热力学条件（沉积前雾化锥的热力学状态）相同的情况下，沉积表面的温度随工艺参数和材料热物性发生显著变化．

不同载荷和对偶下C/C-Cu复合材料的摩擦磨损性能

以炭纤维针刺整体毡为预制体,用化学气相渗透(CVI)、浸渍/炭化(I/C)的方法制备密度和基体炭不同的C/C多孔坯体,采用真空熔渗将铜合金液渗入C/C坯体中制备C/C-Cu复合材料,研究试验条件对复合材料摩擦磨损性能影响。研究结果表明:随着时间的延长,C/C-Cu复合材料摩擦因数趋于稳定;随着载荷的增加,摩擦因数和体积磨损先增后减,当载荷为80 N时达到最大值;试样摩擦因数和体积磨损与对偶件有关,当采用硬度较高的40Cr钢为对偶件时,试样摩擦因数随着时间的延长而增加并趋于稳定,且磨损量最大;当采用硬度低的黄铜和紫铜为对偶件时,试样摩擦因数随着时间变化不大,与紫铜对偶时的磨损量最小;C/C-Cu复合材料的磨损机制主要为磨料磨损、粘着磨损,采用40Cr钢作对偶时氧化磨损加大。

基于Cu、Sn预成型焊片的高温SiC芯片焊接材料研究

开展了基于Cu、Sn复合粉末的SiC芯片焊接材料研究。通过电镀工艺制备Cu、Sn复合粉末、液压成型制备预成型焊片以及三维网络接头结构的设计及焊接工艺研究,优化了Cu颗粒强化界面金属间化合物(IMCs)三维网络结构的制备工艺;研究了接头组织形貌演变规律及相变失效模式,揭示了接头失效机制,为高温SiC芯片焊接材料开发提供理论基础及技术指导。

碳纤维镀铜对C_f/C/Cu复合材料组织及性能的影响

利用粉末冶金法制备Cf/C/Cu复合材料,通过改变碳纤维表面镀铜工艺条件,研究碳纤维表面镀铜对Cf/C/Cu复合材料组织及性能的影响。结果表明,碳纤维表面经浓硝酸处理再镀铜1 h,试样的动摩擦因数先增大后减小,至0.106后趋于不变,电阻率最低达0.12Ω.m。

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/C-Cu复合材料的微观结构与冲击性能

以炭纤维针刺整体毡为增强体,采用化学气相渗透(CVI)工艺制备出不同密度的炭/炭(C/C)多孔体,利用气压浸渍法将Cu合金渗入到C/C多孔体中制备C/C-Cu复合材料。在简支梁摆锤式冲击试验机上测试C/C-Cu复合材料的冲击性能,采用金相显微镜和扫描电镜观察材料的微观结构和断口形貌。结果表明:铜合金在C/C多孔体中分布均匀;C/C-Cu复合材料垂直方向的冲击韧性优于平行方向的冲击韧性;随C/C多孔体密度的增加,材料的冲击韧性先增加后降低。C/C多孔体密度适中(1.44 g/cm3)时,C/C-Cu复合材料内炭纤维、热解炭、铜合金等组分协同作用,在平行和垂直2个方向的冲击韧性都达到最大值,分别为2.68 J/cm2和4.45 J/cm2,具有假塑性断裂行为的特征。