TiC/Cu复合材料的研究进展

本文介绍了陶瓷基TiC/Cu复合材料的研究进展,主要叙述了TiC/Cu复合材料的几种制备方法,并概括了TiC/Cu复合材料的基本性能。

烧结温度对TiC/Cu复合材料组织和性能的影响

本文研究了烧结温度对TiC/Cu复合材料组织和性能的影响,研究结果表明,随着烧结温度的升高,骨架密度增加;渗Cu试样随着骨架密度的增加,硬度增加,而抗弯强度降低,低骨架密度TiC/Cu复合材料的抗弯显微断口有明显的韧窝,呈伪韧性断口形貌。

反应球磨制备TiC/Cu复合材料

采用反应球磨制备Cu/TiC复合粉末,然后进行压制和烧结,制备了TiC弥散强化铜基复合材料;描述了球磨过程中混合粉末的物理化学变化,研究了压制压强与材料致密度和硬度之间的关系。材料的显微组织表明,TiC在铜基体中有着均匀的分布。

TiC/Cu复合材料的PM法制备与性能

以电解铜粉和TiC粉为原料,采用粉末冶金法制备含TiC颗粒弥散增强的导电铜基复合材料。通过对显微组织的观察和对相对密度、抗弯强度和电导率的测试,研究了球磨时间、烧结温度和TiC含量对复合材料组织和性能的影响,并与相同制备工艺所制备的纯铜的性能作了比较。研究表明:当球磨转速为500 r/min时,随球磨时间的延长,铜晶粒细化和晶格畸变增加,Cu晶粒从片层状逐渐变为球状;随着TiC含量的增加,复合材料的相对密度先升高后保持稳定;复合材料的抗弯强度在TiC质量分数为10%时达到高峰,随着TiC含量的增加,抗弯强度逐渐呈先增后降的趋势,球磨时间为15 h时电导率最高;当球磨超过24 h后,颗粒产生团聚现象,电导率反而大幅降低。

TiC含量对TiC/Cu复合材料组织与性能的影响

采用粉末冶金法制备了TiC/Cu复合材料,研究不同TiC含量对TiC/Cu复合材料组织与拉伸性能的影响,并利用扫描电镜、金相显微镜等对样品的表面形貌和拉伸断口形貌进行分析。结果表明,TiC与基体结合紧密且在基体中分布均匀;随着增强相TiC含量的增加,TiC/Cu复合材料的抗拉强度先增大后降低;TiC的加入明显阻碍了基体晶粒长大;当TiC质量分数为2%时,强化效果较好,TiC/Cu复合材料的塑性较好。

Al_2O_3-TiC/Cu复合材料的热变形行为及流变应力的本构方程计算

采用热压烧结技术制备了原位自生的Al_2O_3-TiC/Cu复合材料。采用Gleeble-1500D热模拟试验机进行了Al_2O_3-TiC/Cu复合材料的单轴等温压缩试验。研究了Al_2O_3-TiC/Cu复合材料在不同应变速率和不同变形温度下的热变形行为,并建立了本构方程。结果表明:Al_2O_3-TiC/Cu复合材料的真应力-真应变曲线表现的热变形机制主要为动态回复,随着应变速率的增大或变形温度的降低,峰值应力增大;Al_2O_3-TiC/Cu复合材料的流变应力、流变温度和应变速率之间的关系可用双曲线正弦函数描述。

TiC/Cu复合材料的摩擦性能研究

为提高TiC/Cu复合材料的摩擦性能,对不同TiC掺量条件下TiC/Cu复合材料的摩擦磨损性能进行实验分析。结果表明,与基体试样相比,复合材料的磨损系数较低,且在低载荷磨损时磨损性能更佳,当TiC含量增加到3%时摩擦系数最低。通过磨损形貌分析发现,基体材料主要为黏着磨损,复合材料的磨损行为表现为氧化、黏着和剥层磨损,且复合材料中的TiC颗粒具有很好的抵抗黏着磨损的作用,使得复合材料表面磨损程度减轻。

激光金属沉积制备TiC/316L复合材料的组织及力学性能研究

激光金属沉积(LMD)技术可同时实现输送粉末和聚焦激光能量,材料成形率高,能够显著提升材料性能和降低制造成本,具有广泛的应用前景。采用LMD技术制备TiC含量为0%、0.5%、1%和2%的TiC/316L不锈钢复合材料,研究了增强体含量对复合材料组织和力学性能的影响。结果表明:通过金相技术观察样品微观结构发现,熔池形貌呈鱼鳞状形貌,中心区域主要为等轴晶粒,熔池边缘区域主要以柱状晶粒为主,相邻熔池之间的柱状晶粒呈外延生长关系,等轴晶粒尺寸分布在10~50μm,而大多数柱状晶粒尺寸超过100μm。随着TiC颗粒含量的增加,复合材料的抗拉强度显著提升,当添加量达到1%时,试样的抗拉强度由623MPa提高至679MPa,且保持30.42%的良好伸长率;然而,当添加量增至2%时,伸长率下降至5.1%,组织中出现了TiC颗粒的团聚现象。

La_(2)O_(3)掺杂Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的制备与性能

铜合金作为热管理材料长期服役时,会出现冷-热循环条件下的结构性失效问题,因此考虑将具有低膨胀系数的MAX相材料引入到铜合金中,来降低复合材料的热膨胀性。Ti_(3)SiC_(2)是一种兼具陶瓷和金属的优良特性的三元层状陶瓷材料,具有自润滑、高韧性、高导电性等特点。作为增强相,Ti_(3)SiC_(2)能够提高Cu基复合材料的摩擦性能,降低复合材料的热膨胀系数,因此被应广泛用于电子封装材料、热管理材料等领域。本文将稀土氧化物La_(2)O_(3)引入到Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料中,研究了La_(2)O_(3)掺杂含量对Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料物相组成、表面形貌、显微硬度和摩擦因数等的影响。研究发现,利用热压烧结技术能够获得致密度较高的Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料,相对密度在98.5%以上。适量掺杂La_(2)O_(3)后,Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的显微硬度有所增加,能够实现Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的弥散强化。随着La_(2)O_(3)掺杂量增加,Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的摩擦因数呈现出先降低后增加的趋势。在Cu基复合材料中添加Ti_(3)SiC_(2),能够起到润滑的作用,有利于降低摩擦因数。本研究可为Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的工程应用提供试验依据。

电弧增材制造纳米TiC颗粒增强铝基复合材料组织与性能研究

在金属材料中引入第二相粒子是提高金属材料力学性能的重要手段之一。本文提出一种Al6061铝箔包裹TiC和Al6061的混合粉末形成一种特殊填料焊丝的TiC/Al6061复合材料电弧增材制造的新方法,并分别研究质量分数为1%、2%和3%的TiC颗粒对制备的铝基复合材料组织与性能的影响。结果表明,TiC质量分数为3%的复合材料与基体材料相比,试样的平均晶粒尺寸由45.5μm减小到25.3μm,细化了44.4%;抗拉强度和屈服强度由148.5 MPa和118.0 MPa提升到178.1 MPa和157.3 MPa,分别提升了19.9%和33.3%;平均显微硬度由50.5HV增加至65.2HV,提升了29.1%。理论结合及试验分析表明,TiC的载荷传递强化和晶粒细化以及Orowan强化机制,是材料力学性能提高的主要原因。

层厚比对Cu-TiB2/Cu层状复合材料微观组织和力学性能的影响

铜基复合材料由于优异的综合性能在电子封装、电接触等领域具有重要应用价值。然而,克服材料的强-塑性倒置关系一直面临着极大的挑战,层状构型设计被认为是解决该倒置难题的有效策略。本文采用粉末冶金并结合原位反应法,通过控制铺粉工艺,制备出Cu层与TiB2/Cu复合层交叠分布的Cu-TiB2/Cu层状复合材料。研究了Cu-TiB2/Cu层状复合材料的力学性能及断裂特征,并讨论了层状结构参数对材料综合性能的影响。当Cu层与TiB2/Cu复合层的层厚比为1∶3时,Cu-TiB2/Cu层状复合材料的极限抗拉强度(UTS)为315 MPa,断裂伸长率为18%,实现了良好的强塑性匹配。基于复合材料裂纹扩展路径表征与分析,揭示了层状构型设计在抑制裂纹扩展、促使裂纹偏转等方面的作用机制,为高强韧铜基复合材料的构型设计和性能优化提供新思路。

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。

粉末锻造Al_(2)O_(3)颗粒增强Fe–Ni–Mo–C–Cu复合材料的组织与性能

通过粉末锻造技术制备了不同含量微米级Al_(2)O_(3)颗粒强化的Fe–Ni–Mo–C–Cu(Q61)复合材料,并对调质态和淬火态复合材料的组织和性能进行了研究。结果表明:当Al_(2)O_(3)质量分数为0.15%时,增强颗粒在基体内分布均匀;相较于同种状态下不添加增强颗粒的单一Q61,调质态复合材料的硬度从HRC 38增至HRC 39.8,屈服强度从1106 MPa增至1121 MPa,延伸率从12%降至6.5%;淬火态复合材料的硬度从HRC 61.5增至HRC 63.2,磨损率从5.27×10^(-6)mm^(3)·m^(-1)·N^(-1)降至3.08×10^(-6)mm^(3)·m^(-1)·N^(-1),低于对比试验用的典型齿轮材料40Cr的磨损率(3.34×10^(-6)mm^(3)·m^(-1)·N^(-1))。当Al_(2)O_(3)质量分数大于0.15%时,Al_(2)O_(3)颗粒逐渐偏聚,虽然调质态下复合材料屈服强度仍继续小幅增加,但塑性严重退化,且淬火态复合材料磨损率增加,耐磨性变差。综合来看,添加0.15%Al_(2)O_(3)颗粒强化Q61复合材料在调质态下具有较高的综合力学性能,而在淬火态下表现出良好的抗摩擦磨损能力。

BN/Cu复合材料摩擦磨损性能与磨损机制研究

通过直流辅助热压烧结制备了氮化硼(BN)颗粒添加量为0.4%~1.2%(质量分数)的BN/Cu复合材料,采用立式销盘摩擦磨损试验机对其进行耐磨性检测,使用扫描电子显微镜(SEM)表征材料磨损前后的表面形貌,同时分析了BN颗粒添加量对复合材料物理性能和摩擦磨损性能的影响。研究结果表明:直流辅助热压烧结制备的复合材料致密度均可达到96%以上,导电率可达80%IACS以上。添加适量的BN颗粒,可以极大提升复合材料的摩擦磨损性能。当BN颗粒的添加量为0.8%时,由于摩擦过程中有润滑膜产生,复合材料的摩擦系数最为稳定,且摩擦磨损性能较为优异,主要由磨粒磨损和轻微的黏着磨损共同作用。

高导热金刚石/Cu复合材料的研究进展

随着大数据、人工智能等信息技术的飞速发展,电子元器件逐渐向便携、轻量、高性能等方向发展。金刚石/Cu复合材料具有热导率高、热膨胀系数与电子元器件匹配度高等优点,目前已成为第三代先进电子封装材料。综述了国内外金刚石/Cu复合材料的制备方法、影响金刚石/Cu复合材料热导率的因素,尤其是界面改性对热导率的影响。此外,还对金刚石/Cu复合材料的未来发展方向进行了预测,为金刚石/Cu复合材料的研制提供参考。

深冷处理时间对激光粉末床熔化沉积TiC/TC4钛基复合材料组织演变及力学性能的影响

目的探明不同深冷处理时间对TiC/TC4钛基复合材料组织演变及其力学性能的影响规律,分析TiC/TC4钛基复合材料在深冷环境下的使用性能。方法利用低能球磨法得到石墨烯(GNPs)/TC4复合粉末,采用激光粉末床熔化沉积法制备TiC/TC4钛基复合材料,通过液氮浸泡法进行不同时间的深冷处理,然后恢复至室温进行拉伸试验。结果深冷处理过TiC/TC4钛基复合材料的拉伸强度均高于深冷处理过TC4合金的拉伸强度,断裂韧性却得到不同程度削弱。结论原位自生TiC的载荷传递作用可以增强TiC/TC4钛基复合材料在拉伸变形过程中的变形能力,使复合材料的拉伸强度得到提高;随深冷时间的持续延长,冷应力不仅会导致TC4合金原始细长针状马氏体断裂,还会驱使TiC/TC4钛基复合材料陶瓷增强相TiC发生不同程度的偏聚。此外,深冷处理后TiC/TC4钛基复合材料产生的晶格畸变现象会降低α-Ti基体一侧的应变值,使复合材料晶格畸变区域应变不均匀分布,弱化TiC/TC4钛基复合材料晶格畸变区域原子的变形协调能力,导致TiC/TC4钛基复合材料的断裂韧性值相对低。

CNT的表面改性对Cu基复合材料力学和电学性能的影响

提高碳纳米管(carbon nanotube,CNT)在Cu基体中的分散性以及两者的界面结合,可以有效改善碳纳米管增强Cu基(CNT/Cu)复合材料的性能。本文采用一步水热法在CNT表面原位生成碳化聚合物点(carbonized polymer dot,CPD),对CNT进行表面改性处理,再通过烧结法制备CNT@CPD/Cu复合材料,对复合材料的力学和电学性能进行测试。结果表明:经酸化处理的CNT1表面改性处理后,其结构破坏严重,增强效果减弱。未经酸化处理的CNT2表面改性处理后,CPD负载于CNT2上,不仅保留了CNT的结构完整性,还能显著改善其在基体中的分散性,增强与Cu的结合。此外,CPD和CNT的加入可有效细化Cu晶体,抑制位错运动;CPD和CNT与Cu基体间的“铆钉”界面结合,不仅能降低电子散射效应,还能为电子转移提供额外的通道,从而提升复合材料的电学性能。CNT2@CPD/Cu复合材料的极限抗拉强度相较纯Cu提高了28.9%,电导率为95.9%IACS。该研究结果为开发新型高强高导Cu基复合材料提供了新思路。

FeCrB-TiC抗磨复合材料干摩擦学性能研究

采用粉末冶金技术设计制备了质量分数4%TiC强化的FeCrB基抗磨复合材料,与GCr15钢球配副进行往复式干摩擦实验,系统研究滑动速度和载荷对复合材料的干摩擦磨损性能的影响。使用X射线衍射(X-Ray Diffraction,XRD)、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)等技术分析了复合材料的物相成分和微观形貌。实验结果表明:复合材料物相为α-Fe、FeCr、TiC、Cr_(2)B和Fe_(2)B相。TiC的加入显著提高了材料的硬度,密度略有下降。随着滑动速度和载荷的增大,摩擦因数总体下降而磨损率显著增加。TiC对铁基体的钉扎作用抑制了材料的剥落和变形,材料的抗磨性能显著提高。综合分析,TiC能有效提升FeCrB合金的干摩擦学性能,其磨损机制主要是剥层磨损和磨粒磨损。

xTiC/LA123复合材料力学性能及显微组织研究

强度不足是限制镁锂合金材料研究和应用的难题之一,复合化是提高金属材料强度的一条有效途径。本文采用搅拌铸造法制备了颗粒增强xTiC/LA123复合材料,并对其进行轧制变形。通过XRD、SEM和力学性能测试,研究TiC颗粒对铸态及轧制态xTiC/LA123复合材料力学性能及显微组织的影响。结果表明:随着TiC含量的升高,铸态复合材料晶粒尺寸降低,强度先升后降,在TiC的质量分数为6%时强度最高,屈服强度及抗拉强度为152、156 MPa。轧制后TiC颗粒沿轧制方向呈流线状分布,且强度变化规律与铸态复合材料规律一致,随TiC含量升高先升后降,屈服强度及抗拉强度升至237、252 MPa,比铸态分别提高了43%和44%。