SiC颗粒增强Cu基复合材料的制备与性能研究

摘要

铜及其合金虽具有高导电、高导热的优点，但由于在强度和耐磨性等方面的不足，其应用范围受到很大限制。将SiC加入铜及其合金中，可制备具有优异物理性能和机械性能的SiC颗粒增强Cu基复合材料，该材料有着广泛的应用前景。 采用高能球磨包覆方法制备了Ni包覆SiC增强颗粒的复合粉末，研究了金属Ni对SiC的包覆效果，探讨了球磨时间以及球磨转速对包覆效果的影响，并通过粉末微观组织形态的观测得出了具有良好包覆效果的球磨参数；在粉末压制过程中对粉末压坯进行了受力分析，探讨了粉末压坯产生分层裂纹的原因，并设计和制备一套压制模具，研究了防止粉末压坯产生分层裂纹的压制及脱模工艺；采用粉末冶金方法制备了Cu-SiC-35Ni复合材料，研究探讨了SiC含量及其表面包覆对复合材料的显微组织、密度、力学性能和导电性能的影响。借助 Tension金相显微镜、JSM-5610型扫描电子显微镜(SEM)、DHV-1000显微维氏硬度测试仪和QJ42型直流双臂电桥等现代技术方法，对材料试样的显微组织、密度、硬度、导电率等进行了测试分析。 研究结果表明：在Ni和SiC粉末体积比7:3，球料比10:1情况下，随着球磨时间延长，粉末粒径逐渐减小且Ni和SiC混合越发均匀，Ni对SiC粉末颗粒包覆效果变化明显。球磨时间达到20h时，Ni对SiC粉末颗粒的包覆效果最好；球磨转速对颗粒包覆层的粘结强度有重要影响，试验在300r/min情况下得到的包覆效果最好，当球磨转速达到350r/min时，过高的转速加快了包覆层的脱落，包覆效果变差；试验研究的压制和脱模工艺可以达到避免压坯产生严重变形或破裂的效果，且设计制备的压制模具结构简单，组装与拆卸方便，实用安全，压制效率较高；随着复合材料中SiC含量的增加，增强颗粒SiC与金属基体结合强度逐渐变差，复合材料的孔隙度、硬度和电阻率逐渐增加，相对密度逐渐降低，当体积分数达到15%时，复合材料内已出现区域颗粒团聚现象；综合考虑材料的显微组织、密度、硬度和导电性能，Cu-35Ni、Cu-5SiC-35Ni、Cu-10SiC-35Ni和Cu-15SiC-35Ni四种复合材料中，Cu-10SiC-35Ni材料表现出较好的综合性能；对Cu-15SiC-35Ni材料中SiC进行表面包覆后，材料相对密度提高了9.4%，硬度提高了8.8%，电阻率降低了8.5%。 本研究可为SiC颗粒增强Cu基复合材料的制备、试验研究及产业化生产提供一定的参考和理论依据，对颗粒增强金属基复合材料的广泛应用具有一定的促进作用。

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第一章 绪论

§1.1概述

§1.2颗粒增强金属基复合材料的应用领域

§1.3颗粒增强金属基复合材料的研究现状

§1.4制备颗粒增强金属基复合材料时应注意的问题

§1.5 SiC颗粒增强Cu基复合材料的应用价值和研究进展

§1.6本论文的研究内容及研究意义

§1.7本论文的创新点及关键技术

§1.8课题资助

第二章 试验材料与测试方法

§2.1 试验材料

§2.2 SiC颗粒增强Cu基复合材料的制备工艺过程

§2.3复合材料性能测试与分析方法

第三章 增强颗粒SiC的表面包覆工艺研究

§3.1试样制备

§3.2试验结果与分析

§3.3本章小结

第四章 复合粉末的压制成形

§4.1压制试验

§4.2粉末压制过程分析

§4.3 压坯裂纹形成的原因

§4.4 模具结构改进

§4.5 模具的脱模工艺

§4.6 本章小结

第五章 Cu-SiC-35Ni复合材料组织和性能的研究

§5.1试样制备

§5.2试验结果与分析

§5.3 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1 全文总结

§6.2 展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果