Cu_2O-CuAlO_2-Cu基金属陶瓷导电性能研究

通过热压技术制备Cu_2O-10CuAlO_2-xCu金属陶瓷材料,并对其导电性能进行了研究。结果表明,Cu_2O-10CuAlO_2-xCu在Cu含量超过15wt％后呈金属导电性。材料的微观结构观察及物理性能测试表明,金属陶瓷材料的电导率不仅取决于材料的金属相含量,还取决于金属相颗粒尺寸和孔隙率的大小。材料中金属相的颗粒尺寸取决于热压工艺参数,随着热压温度的升高而增大,但随热压压力的升高而减小。

原位热压反应制备高性能亚微米层状Ti_3C_2/(Cu-Al)金属陶瓷

以Ti3AlC2和Cu粉作为原料,在1150℃下原位热压反应制备了具有亚微米层状结构的Ti3C2/(Cu-Al)金属陶瓷材料。XRD、SEM和TEM分析表明,这种亚微米层状结构的形成,归因于Ti3AlC2与Cu的高温反应引发Ti3AlC2层状结构解离、Al原子溶脱,固溶入周围的Cu中形成Cu-Al固溶体,Al溶出后的Ti3AlC2中原始Ti3C2层规律性聚集、最终形成厚度为150nm左右的Ti3C2层与Cu-Al层交替层叠结构。由于这两种结构之间的牢固结合以及Cu-Al相构成的空间网络结构,使得此金属陶瓷材料具有优异的力学性能和电学性能。其抗弯强度超过1200MPa,并具有良好的断裂韧性和导电性。

Ni、Cu-Al_2O_3纳米金属陶瓷粉末的热压

将化学电镀法制备的纳米Ni、Cu包覆Al2O3粉末进行热压。研究了金属Ni、Cu及其含量对Al2O3粉末的烧结致密化、显微组织和性能的影响。在纳米Al2O3粉末表面镀覆适当的金属Ni、Cu可以较有效地提高致密化,降低烧结温度。金属相作为第二相可以大大细化Al2O3晶粒组织。但Ni、Cu的加入伴随着Al2O3硬度和强度下降。硬度变化可以由金属Ni、Cu是软相较好地解释。强度下降则主要归因于包覆粉末中Ni、Cu对Al2O3粉末的润湿性不好所致。

金属相20Ni-80Cu表面包覆NiFe2O4尖晶石对15(20Ni-80Cu)/85(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷腐蚀性能的研究

金属陶瓷金属相优先腐蚀是目前惰性阳极工业化难点之一,在金属相表面包覆NiFe2O4尖晶石来提高其耐高温熔盐腐蚀性能。包覆实验结果显示,包覆后的颗粒尺寸为2～5μm,且有团聚现象,金属相20Ni-80Cu表面除形成NiFe2O4尖晶石外,可能还含有NiFe2O4-x、Cu2O、NiO、CuxNi1-x、NiyFe1-yFe2O4-a和NizFe1-zO。腐蚀实验表明,金属表面包覆10%、20%、30%、40%和50%NiFe2O4尖晶石后制备的金属陶瓷惰性阳极样品其金属腐蚀层厚度都在20～50μm,其年腐蚀率分别为1.89、1.73、1.65、1.58和2.03cm/a,未包覆金属陶瓷惰性阳极金属腐蚀层厚度为200μm和年腐蚀率为4.15cm/a,说明金属表面包覆NiFe2O4尖晶石能提高惰性阳极的抗熔盐腐蚀性能。

CaO掺杂Cu/(NiFe_2O_4-10NiO)金属陶瓷致密化及力学性能

采用冷压—烧结技术制备了CaO掺杂的Cu/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷,研究了掺杂CaO的不同金属相Cu含量的Cu/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷相对密度及力学性能。试验结果表明:在1 200℃的烧结温度下,金属相含量为5%、10%和17%的2%CaO掺杂样品的相对密度分别为97.63%、96.10%和95.05%,比未掺杂CaO材料的相对密度提高约15%,且与未掺杂CaO材料在1 250℃烧结时所获试样致密度相接近。当材料致密度一致时,掺杂2%CaO对Cu/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷的抗弯强度及抗热震性能的影响较小。

CaO掺杂Cu/(NiFe_2O_4-10NiO)金属陶瓷导电性能研究

研究了掺杂CaO的不同金属含量的Cu/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷的电导率。试验结果表明:受陶瓷基体NiFe2O4-10NiO电导率随温度变化的影响,对于掺杂或未掺杂CaO的Cu/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷电导率随温度的升高而提高,并且随材料中金属相Cu含量的增加而提高;当金属相含量Cu由5%提高至17%时,2CaO-Cu/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷960℃下的电导率由18.24 S.cm-1提高到31.09 S.cm-1。由于CaO掺杂后将导致材料中金属相Cu发生团聚和孤立现象,并在陶瓷基体中多以大颗粒存在,从而降低Cu/(NiFe2O4-10NiO)金属陶瓷的电导率,在900℃时,掺杂CaO后材料的电导率降低约43.3%。

Cu_2O基金属陶瓷热压制备及其致密化过程

研究了混粉工艺、烧结温度以及热压压力对金属陶瓷微观组织的影响,并探讨了Cu2O基金属陶瓷的热压烧结致密化机理。结果表明:以枝状Cu粉制备的金属陶瓷中Cu颗粒呈蠕虫状形貌,采用两步法混粉工艺可制备含有球形Cu颗粒的金属陶瓷;烧结温度和热压压力的增加都会提高金属陶瓷的相对密度,但其影响程度不同;金属陶瓷的热压烧结致密化机理为颗粒在外力作用下的塑性流动和粒子重排。

Ti_3C_2/Cu(Al)金属陶瓷的无焊料氩弧焊接

采用氩气保护无焊料电弧焊接方法,实现了以 Ti_3AlC_2和 Cu 为原料反应复合的Ti_3C_2/Cu(Al)金属陶瓷材料之间的牢固连接。研究了在氩气保护下焊接电流、拉弧时间和接合压力的施加条件,并对焊缝及其影响区的显微组织进行了观察和分析。结果表明:在适当的焊接电流、拉弧时间和接合压力下,焊接面之间形成了良好的熔合,焊缝及影响区的致密度显著增大。在较低的Ti3C2陶瓷相含量情况下,焊缝区的 Ti_3C_2相形态没有显著变化,焊接件的三点弯曲强度达到母材强度的110%,断裂大多发生在焊缝及其影响区之外。在较高的 Ti_3C_2陶瓷相含量情况下,焊缝区内 Ti_3C_2颗粒明显变细,形成细小的 Ti_3C_2颗粒均匀弥散于 Cu(Al)合金网络结构的特殊显微形貌,焊接件的三点弯曲强度达到母材强度的93%,断裂基本发生在焊缝或影响区与母材的交界处附近。

氧分压对Cu-NiFe_2O_4金属陶瓷相成份的影响

用高温固相法合成的NiFe2O4陶瓷粉末,选取Cu为金属陶瓷的金属相成分,研究了氧分压对Cu-NiFe2O4金属陶瓷的相成份的影响,结果表明:当烧结温度为1150℃,氧分压大于2.23Pa时,Cu被大量氧化;氧分压小于4.2×10-3Pa时,Cu和离解的Ni反应生产Cu3.8Ni合金,试样的导电性或抗氧化性都会降低,1150℃下烧结制备Cu-NiFe2O4金属陶瓷的最佳氧分压是(0.3-42.0)×10-2Pa。

石墨对三氧化二铝/铜金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金技术制备了Al2O3/Cu/石墨复合材料;采用MM-200型摩擦磨损试验机考察了石墨对Al2O3/Cu基金属陶瓷复合材料摩擦磨损性能和硬度的影响;采用扫描电子显微镜分析了复合材料磨损表面形貌.结果表明:Al2O3/Cu基复合材料的摩擦系数随石墨含量的增加而降低,当石墨含量大于1.0%后,摩擦系数降低明显;当石墨含量低于3%时,Al2O3/Cu基复合材料的磨损体积损失随石墨含量的增加而降低;当石墨含量低于2.0%时,石墨对Al2O3/Cu基复合材料的硬度无明显影响;当石墨含量超过3.0%后,Al2O3/Cu基复合材料的硬度随石墨含量的增加迅速降低;此外,石墨使得Al2O3/Cu基复合材料磨损表面的微裂纹减少、裂纹长度缩短;当石墨含量达到2.5%时,复合材料磨损表面微裂纹消失.这是由于石墨在磨损表面形成固体润滑膜,从而降低摩擦力并减少裂纹源所致.

Cu_2O-Cu复合材料制备工艺的研究

以Cu2O和炭黑粉末为原料,采用原位还原-无压(热压)烧结工艺制备Cu2O-Cu复合材料。利用XRD和OM对烧结试样进行研究,并测试其力学性能。研究表明,复合材料由Cu和Cu2O两相组成,原位还原-无压烧结法的合理烧结时间为5h,其力学性能高于传统粉末冶金法制备复合材料力学性能,抗压强度464MPa。原位还原-热压烧结法可以改善试样致密性及细化微观组织,进一步提高力学性能,抗压强度达到702MPa。

新方法制备Cu超细粉末以及Cu2O-Cu核-壳型复合粒子

以Cu(NO3)2·3H2O与Na2CO3·10H2O为原料沉淀法制得纳米CuO前驱体--碱式碳酸铜,在不同温度(200℃、300℃、400℃、500℃、600℃)下分别焙烧2h得到CuO粉末后,直接倒入室温下的正丁醇溶液中,发生氧化-还原反应,得到组成不同的各种产物.经XRD、TEM、SEM研究表明,产物的组成随上述热处理温度的改变而变化,500℃时可得到纯的纳米铜粉,600℃时可得到Cu2O-Cu核-壳型纳米粒子.

C_p/Cu-Cd电接触材料氧化膜的导通性

本文在建立Cp／Cu-Cd电接触材料表面膜模拟材料的基础上，研究了铜含量达44（wt）％时Cu2O-Cu金属陶瓷电导率δ的变化规律，所得定性和定量的结果均符合导通理论。当铜的体积份数达0．30～0．32时，δ值发生5～7个数量级的跃迁，导电特征也由半导体型转化为金属导电，从而证明由铜粒子构成了无限导通带所致。对所研制的新型材料进行了性能测试。