YBCO的制备工艺及YBCO/Cu复合材料组织及性能研究

摘要

YBCO晶胞参数c／a值较大,结构与石墨相似，具有层状结构，而且在摩擦学上具有良好的固体自润滑性能。将其加入铜基复合材料中，在不降低材料导电率的同时，能够提高材料的摩擦磨损性能，使其在航空航天、电工电子等领域具有重要应用。由于YBCO价格昂贵，本文利用草酸共沉淀法制备YBCO粉体，采用真空热压法制备YBCO/Cu复合材料。系统研究了YBCO的制备工艺及YBCO/Cu复合材料组织及性能。
　　本研究采用差热分析仪分析了粉末的反应过程，利用 XRD对粉末反应过程中的物相变化进行了分析，通过扫描电镜及透射电镜对粉末的微观形貌进行了观察；并运用热力学数据对溶液中反应PH及离子浓度进行了计算。研究了在YBCO前驱体粉体成相过程中煅烧温度对物相和颗粒大小的影响，分析了分散剂对粉末微观形貌的影响，探讨了溶液 PH对反应沉淀率的影响，优化制备工艺参数。煅烧温度为900℃时，粉末结晶度较好，但粉体颗粒不均，团聚现象较严重。研究发现，加入聚乙二醇分散剂，能够有效的解决YBCO粉体的团聚现象。所制备的粉体颗粒均匀，平均尺寸约40nm。热力学计算表明，当草酸浓度为0.1mol/L时，溶液反应的最佳PH为1.71-6.8，与实验结果有较好的吻合。分别采用热压法与冷等静压+烧结法制备了YBCO/Cu复合材料。采用阿基米德排水法测定了试样的密度；采用MH-3型显微硬度计测定复合材料的显微硬度；使用D60K数字金属电导率测量仪测定了材料导电率；使用真空摩擦磨损试验机对材料的摩擦磨损性能进行了测试。利用扫描电镜对复合材料的显微组织及摩擦磨损形貌进行了观察及能谱分析；利用高分辨率透射电镜研究了材料的微观结构；系统研究了工艺参数变量及YBCO掺杂量对复合材料显微组织及性能的影响，分析了载荷和YBCO掺杂量对复合材料的磨损率、摩擦系数的影响，探讨了其磨损机理。热压法制备YBCO/Cu复合材料与冷等静压法制备的复合材料相比，材料的组织分布较均匀，组织更加致密。当YBCO质量分数为3％时，材料的综合性能最佳。随着载荷的增大，复合材料的摩擦系数及磨损率呈现出先减小后增大的趋势。YBCO/Cu复合材料的磨损机制在磨损初期以磨粒磨损和粘着磨损为主，中期以磨粒磨损为主，后期则是以疲劳剥落磨损和粘着磨损为主。

目录

第1章 绪 论

1.1 复合材料概述

1.2 铜基复合材料的研究背景

1.3 铜基材料强化理论

1.4 铜基复合材料的常用制备工艺与方法

1.5 复合材料主要磨损机理

1.6 YBCO制备工艺的研究现状

1.7 选题的目的、意义以及主要研究内容

第2章 实验方法

2.1 YBCO的制备过程

2.2 YBCO/Cu复合材料的制备

2.3 YBCO粉体及YBCO/Cu复合材料的表征

2.4 YBCO/Cu复合材料的性能测试

第3章 YBCO粉体的制备工艺研究及微观表征

3.1 YBCO高温反应过程的分析

3.2 分散剂对粉体的微观形貌的影响

3.3 YBCO粉体的TEM分析

3.4本章小结

第4章 草酸沉淀法制备YBCO的分析计算

4.1 溶液的PH值对反应沉淀率的影响

4.2 YBCO前驱体粉体沉淀率的理论计算

4.3本章小结

第5章 YBCO/Cu复合材料组织及性能的研究

5.1制备工艺对YBCO/Cu复合材料组织的影响

5.2 YBCO掺杂量对复合材料组织的影响

5.3 YBCO掺杂量对复合材料的性能影响

5.4 YBCO/Cu复合材料微观组织结构的TEM分析

5.5 本章小结

第6章 YBCO/Cu复合材料的摩擦磨损性能

6.1 载荷对磨损性能的影响

6.2 YBCO掺杂量对磨损性能影响

6.3 磨损形貌及磨损机理分析

6.4 本章小结

第7章 结 论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果