基于扩散控制的铜/铝界面形态对复合板性能影响规律的研究

摘要

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学方法，在宏观上组成具有新性能的材料，各种材料在性能上发挥各自的优势，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。随着技术与经济的迅速发展，人们对复合材料的性能要求不断提高，因此制备具有多功能的复合材料具有重要的意义。本文通过冷轧复合方法制备了铜/铝锌、铜/铝硅复合板，分析总结了不同轧制工艺、热处理温度和合金元素的含量对界面组织、扩散行为以及复合板的力学性能、电学性能影响，得出以下结论:
　　1.在铜/铝冷轧复合过程中，较大的轧制压下率有利于接触表面氧化膜的破裂和基体中新鲜金属的暴露，提高复合界面的结合强度，为热处理过程中的元素扩散创造条件，但对复合板的电导率有不利的影响。
　　2.较大的异步速比带来更多的剪切变形和变形热，增大了轧件的塑性流动速率，可显著提高界面的平滑程度，有利于提高复合界面的结合强度。
　　3.在轧后热处理过程中，复合界面逐渐由物理结合过渡到冶金结合。当退火温度不高于300℃时，有助于增大界面结合强度;当退火温度超过300℃时，扩散层厚度随着热处理温度的升高呈现明显的增长趋势，生成多种铜铝金属化合物，这些金属化合物硬度较高、呈脆性，降低了界面的结合强度，使复合板导电性变差。
　　4.在铝基板中添加锌元素，能够促进界面元素的扩散，有助于界面达到冶金结合，对复合板界面的结合强度具有有利影响，当退火温度超过300℃以上，大量金属化合物的生成降低了界面的结合强度，同时使铜铝复合板的导电性能变差;在铝基板中添加硅元素，能够起到抑制界面处元素扩散的作用，但这种抑制作用随着退火温度的升高而逐渐减弱，较高的硅含量对界面结合强度和和复合板的导电性能有不利的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外研究现状

1．3 复合材料的制备方法

1．3．1 轧制复合法

1．3．2 爆炸复合法

1．3．3 挤压-拉拔法

1．3．4 双结晶器连铸法

1．4 铜铝轧制复合工艺

1．4．1 铜铝轧制复合界面结合机理

1．4．2 铜铝轧制复合过程中金属化合物

1．5 金属的导电机理及测量方法

1．5．1 金属导电性

1．5．2 金属导电的物理本质

1．5．3 金属化合物的导电性

1．5．4 双臂电桥法测低电阻

1．6 研究课题的内容、目的及意义

1．6．1 研究的内容

1．6．2 研究的目的

1．6．3 研究的意义

第2章 实验内容及方法

2．1 实验材料

2．1．1 铜板的准备

2．1．2 铝的合金化

2．1．3 铝合金带材制备

2．1．4 实验设备的选用

2．2 实验内容

2．2．1 轧前准备

2．2．2 冷轧复合

2．2．3 热处理过程

2．3 实验结果检测与分析

2．3．1 金相制备及界面扩散层的观察

2．3．2 界面结合强度检测

2．3．3 拉伸性能的检测

2．3．4 复合材料电性能分析

第3章 铜／铝冷轧复合板的界面形态研究

3．1 轧制工艺及热处理温度对铜铝复合界面形态的影响

3．1．1 轧制工艺及热处理温度对Cu／Al-Zn复合界面的影响

3．1．2 轧制工艺及热处理温度对Cu／Al-Si复合界面的影响

3．2 合金元素对复合界面的影响

3．2．1 锌含量对Cu／Al-Zn复合界面的影响

3．2．2．硅含量对Cu／Al-Si复合界面的影响

3．3 本章小结

第4章 铜／铝冷轧复合板的力学性能研究

4．1 轧制工艺对Cu／Al-Zn复合板的力学性能研究

4．1．1 压下率对Cu／Al-Zn复合板的力学性能研究

4．1．2 异速比对Cu／Al-Zn复合板的力学性能研究

4．2 轧制工艺对Cu／Al-Si复合板的力学性能研究

4．2．1 压下率对Cu／Al-Si复合板的力学性能研究

4．2．2 异速比对Cu／Al-Si复合板的力学性能研究

4．3 合金元素含量对铜铝复合带的力学性能研究

4．3．1 铝合金中的Zn含量对Cu／Al-Zn复合板的力学性能研究

4．3．2 铝合金中的Si含量对Cu／Al-Si复合板的力学性能研究

4．4 本章小结

第5章 铜／铝冷轧复合板的电学性能研究

5．1 合金元素对铝合金电性能的影响

5．1．1 Al-Zn合金

5．1．2 Al-Si合金

5．2 理论计算推导

5．3 Cu／Al-Zn复合板电性能的研究

5．3．1 压下率对复合板电性能的影响

5．3．2 异速比对复合板电性能的影响

5．3．3 热处理温度对复合板电性能的影响

5．3．4 Zn含量对复合板电性能的影响

5．4 Cu／Al-Si复合板电性能的研究

5．4．1 压下率对复合板电性能的影响

5．4．2 异速比对复合板电性能的影响

5．4．3 热处理温度对复合板电性能的影响

5．4．4 Si含量对复合板电性能的影响

5．5 理论计算与实际测试对比

5．6 本章小结

第6章 结论

参考文献

致谢