β-锂霞石/铜复合材料显微组织和热物理性能研究

摘要

本文利用真空热压烧结工艺成功制备了不同体积分数β-锂霞石为增强体的铜基复合材料,并对烧结态的复合材料我们进行了退火处理和热挤压处理。利用X射线衍射(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等方法对β-锂霞石/铜复合材料进行了物相、表面形貌、断口形貌和界面特征分析;利用热膨胀分析和热传导测量设备对β-锂霞石/铜复合材料的烧结态、退火态和热挤压态分别进行了热物理性能测试和分析。采用真空热压烧结法成功制备了β-锂霞石分布均匀的铜基复合材料。新发现在真空退火的过程中β-锂霞石发生了分解消失。β-锂霞石颗粒在复合材料中在大范围内分布均匀,但是微观分布有团聚现象。随着β-锂霞石体积分数的增加,团聚现象更加明显。复合材料中β-锂霞石与铜的界面结合能力很差;β-锂霞石与铜的界面清晰,没有发生界面反应。复合材料的致密性随着β-锂霞石体积分数的增加而降低,当体积分数达到50％时,复合材料的致密性只有89%。随着β-锂霞石体积分数的增加,复合材料的线平均热膨胀系数降低。复合材料的热错配应力对热膨胀系数有很大的关系。在升温过程中,当增强体压应力松弛和拉应力产生时,复合材料的热膨胀系数小于按混合法则计算的结果,当增强体中拉应力松弛时,复合材料的热膨胀系数大于按混合法则计算的结果。退火处理和热挤压可以降低β-锂霞石/铜复合材料的热膨胀系数。这主要是因为退火处理改善了复合材料中热残余应力分布状态和使复合材料的界面结合更加良好。热导率随着β-锂霞石颗粒体积分数的增加而减小;热挤压可以提高复合材料的热导率。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 Cu 基复合材料的研究进展

1.3 金属基复合材料的热物理性质

1.3.1 金属基复合材料的热膨胀行为

1.3.2 金属基复合材料的热传导性能

1.4 Cu 基复合材料的制备工艺

1.4.1 原位反应合成法

1.4.2 机械合金化法

1.4.3 内氧化法

1.4.4 粉末冶金法

1.5 本文研究的主要内容

第2章 复合材料制备及试验方法

2.1 复合材料原材料

2.1.1 增强体—β-锂霞石

2.1.2 基体—纯铜

2.2 β-锂霞石/铜复合材料制备

2.3 试验方法

2.3.1 粉末粒度分析

2.3.2 物相分析

2.3.3 密度测试

2.3.4 热导率测试

2.3.5 热膨胀系数测试

2.3.6 金相显微镜观察

2.3.7 显微组织观察

第3章 β-锂霞石/铜复合材料微观组织和结构分析

3.1 引言

3.2 β-锂霞石/铜复合材料的制备

3.2.1 β-锂霞石粉体的研磨

3.2.2 混粉

3.2.3 冷压

3.2.4 真空热压烧结

3.2.5 热挤压

3.3 物相分析

3.3.1 烧结态复合材料物相分析

3.3.2 退火处理对复合材料物相的影响

3.4 材料显微组织分析

3.4.1 原材料的形貌

3.4.2 β-锂霞石/铜复合材料的形貌观察

3.4.3 β-锂霞石/铜复合材料断口形貌观察

3.4.4 β-锂霞石/铜复合材料界面观察

3.5 材料致密性

3.6 本章小结

第4章 β-锂霞石/铜复合材料的热物理性能

4.1 引言

4.2 β-锂霞石/铜复合材料的热膨胀性能

4.2.1 β?锂霞石体积分数对热膨胀性能的影响

4.2.2 β-锂霞石/铜复合材料的热膨胀系数与热错配应力的关系

4.2.3 热挤压对热膨胀系数的影响

4.2.4 退火处理对热膨胀性能的影响

4.3 导热性能

4.3.1 引言

4.3.2 体积分数对复合材料热导率的影响

4.3.3 热挤压对复合材料热导率的影响

4.4 本章小结

结论

参考文献

附录

致谢