论文摘要
弥散强化铜基复合材料具有优良的导电性和高温性能,广泛应用于汽车、电子工业等领域。基于金属硅化物MoSi2具有强度高、硬度高、高温耐腐蚀性好、热膨胀系数与铜相匹配等一系列优点,且本身具有良好的导电导热性,对铜的导电性影响不大,故可作为导电用铜的强化相。目前,对MoSi2弥散强化铜复合材料的研究至今未见报道。因此,本文对MoSi2弥散强化铜复合材料的制备与性能进行了初步的探索性研究。首先,采用高能湿法球磨对MoSi2粉体进行了分散细化,并采用化学包裹法和机械球磨法分别制备了两种MoSi2/Cu复合粉体,随后采用热压烧结技术制备了MoSi2/Cu块体复合材料。其次,采用激光粒度分析仪（LPSA）、X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）等分析仪器研究了MoSi2粉体在湿法球磨过程中粉体颗粒度、晶粒尺寸和显微应变随球磨时间的变化规律,并探讨了湿法球磨MoSi2粉体的显微结构特点及其细化机理;第三,对化学包裹法制备复合粉体的工艺及性能进行了比较系统的研究,探讨了包覆结构的形成机制和影响因素;第四,对机械球磨法制备MoSi2/Cu复合粉体的组织形貌特征及其微观结构变化进行了研究;最后,对MoSi2/Cu热压烧结试样的力学性能、电学性能以及微观组织和试样致密度等进行了分析和研究。试验结果表明,湿法球磨100h后MoSi2粉末未发生物相转变,球磨100h后只有粒径的变化,其颗粒尺寸由13.634μm减小到0.14μm,粒度分布曲线呈现亚微米区和纳米区共存的双峰特征;平均晶粒由78.41nm减小到14.2nm,晶粒尺寸和显微应变呈现ε=17.0844D-0.4468的逆变关系。这里颗粒的细化主要取决于球磨初期研磨介质进入微裂纹起到楔裂作用,加速粉体碎化;球磨后期研磨介质包裹在颗粒表面,防止团聚长大等两方面的作用。采用化学包裹法可以制备出Cu包裹MoSi2的复合粉体。分析发现,MoSi2颗粒表面被细小的微晶铜粉末包裹,MoSi2颗粒的分散性得到显著改善;MoSi2颗粒大小和形状对复合粉体的包裹有较大影响;酸性溶液可有效防止复合粉体的团聚,包裹效果较好。包覆结构取决于铜在MoSi2颗粒表面的沉积以及对复合粉体团聚的控制。试验发现,复合粉体在球磨过程中表现出先形成机械包裹体再破碎细化的演变过程。球磨60h复合粉体细化及包裹性能达到最佳,Cu的晶粒尺寸由最初的54.3nm减小到14.4nm,MoSi2的晶粒尺寸由最初的69.4nm减小到24.1nm,继续球磨变化不大;复合粉体中MoSi2表现出衍射峰强度和晶粒尺寸先减小后变大,而显微应变先增大后快速减小的反常现象。对比发现,热压烧结试样的各项性能均优于常压气氛保护烧结;采用热压烧结工艺可以制备出性能较好的MoSi2弥散强化铜材料;加入相同含量的MoSi2时,机械球磨热压烧结试样的各项性能均好于化学包裹热压试样;随着MoSi2含量的增加,各试样的致密度和导电率呈下降趋势,而包裹热压材料表现出硬度持续上升,同时抗拉强度逐渐下降的反常现象,试验制备得到2%MoSi2弥散强化铜材料具有较好的综合性能,其指标为:相对密度97.44%,电导率68.42%IACS,硬度HV142,强度356.21MPa。