钨铜复合材料的制备及热变形行为和加工图研究

摘要

钨铜复合材料具有高密度、高强度、高硬度和良好的延展性、好的导电性、导热性和热膨胀系数等独特性能使其被广泛用作电接触器、电加工电极、电子封装材料等功能和结构器件。钨铜复合材料因其性能好、成本低，被认为是极具发展潜力和应用前景的新型功能材料。目前，关于钨铜复合材料的研究主要集中在致密度、制备工艺等方面，而关于钨铜复合材料热变形行为的研究，在国内外还鲜有报道。
　　本文通过真空热压烧结制备了高性能细晶钨铜复合材料，分析了铜含量对其性能和组织的影响，并对其热变形行为进行研究，建立钨铜复合材料的本构方程，利用动态材料模型构建钨铜复合材料热加工图，为钨铜复合材料的实际生产提供理论依据。
　　本文在烧结温度950 ℃、压力30MPa、真空度5×10-3Pa、烧结时间2h的条件下，对不同铜含量的钨铜粉末进行真空热压烧结，制备出接近全致密的纯铜和W-Cu50％、W-Cu75%复合材料。对三种材料的成分、显微组织、致密度、硬度和导电率进行测试和观察，探讨了铜含量对钨铜复合材料组织结构和性能的影响以及烧结致密化机理。结果表明：钨铜复合材料的真空热压烧结致密化机理以颗粒的重排、塑性变形和相对滑动为主，铜含量的增加提高了粉末整体的流动性和塑性变形，从而提高了致密度和导电率；钨阻碍了铜晶粒的长大，随着钨的增加，晶粒越细小，硬度越高。W-Cu50%、W-Cu75%复合材料和纯铜的致密度，显微硬度，导电率分别为99.12%、99.63%、99.81%，133HV、110HV、80HV，68.90%IACS、86.10%IACS、92.80%IACS。
　　采用单向压缩试验，研究了真空热压制备的三种材料的热变形行为。W-Cu50%、W-Cu75%复合材料的流变应力-真应变曲线在测试条件下为动态再结晶型；纯铜的流变应力-真应变曲线在650℃，应变速率5s-1和1s-1时，属于动态回复类型，在其它条件下则为动态再结晶类型。应变速率的降低和变形温度的升高，都有利于动态再结晶的发生：应变速率越大，流变应力越高，晶粒越细小；变形温度越高，流变应力越低，晶粒越粗大。钨为动态再结晶提供了非均匀形核的核心，降低了铜的动态再结晶温度。采用双曲正弦关系可以描述三种材料在不同应力下流变应力、变形温度和应变速率的关系，并求得 W-Cu50%、W-Cu75%复合材料和纯铜的热变形激活能，建立了相应的本构方程。
　　采用动态材料模型构建了三种材料的热加工图，研究了热加工图的变化规律，并结合显微组织进行了分析。结果表明：钨铜复合材料的失稳机制主要为在热变形中由于高应变速率下钨铜界面的分离产生微裂纹；纯铜的失稳机制主要为局部流变失稳；结合热加工图和组织，获得了材料的最佳热变形工艺。

目录

第1章绪论

1.1前言

1.2钨铜复合材料的应用

1.3钨铜复合材料的制备方法

1.4本文研究背景和内容

第2章试验材料与方法

2.1试验材料

2.2试验方法

2.3性能测试和组织观察

第3章钨铜复合材料热压烧结工艺的研究

3.1烧结工艺研究

3.2热压烧结致密机理

3.3结果及分析

3.4本章小结

第4章钨铜复合材料的热变形行为的研究

4.1引言

4.2 W-Cu50%复合材料的热变形行为

4.3 W-Cu75%复合材料的热变形行为

4.4纯铜的热变形行为

4.5本章小结

第5章钨铜复合材料热加工图的构建与分析

5.1引言

5.2 W-Cu50%复合材料热加工图的构建与分析

5.3 W-Cu75%复合材料热加工图的构建与分析

5.4纯铜热加工图的构建与分析

5.5本章小结

第6章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果