无压浸渗法制备Al2O3/Cu复合材料的基础研究

论文摘要

Al2O3/Cu复合材料具有广阔的应用前景。高体积分数Al2O3/Cu复合材料具有更高的强度、耐磨性、耐蚀性。制备高体积分数Al2O3/Cu复合材料通常采用无压浸渗法。这种方法要求Cu熔液对Al2O3陶瓷润湿良好。而Cu熔液与Al2O3陶瓷之间的本身润湿性很差,不能满足无压浸渗的要求。根据目前的报导,通过在陶瓷表面制备铜钛氧薄膜可以提高Cu熔液对Al2O3陶瓷的润湿。本论文主要研究采用溶胶—凝胶法制备铜钛氧薄膜。其方案是以TiCl4为Ti源,加入一定量的CuCl2制成镀膜溶胶,再经热处理制得铜钛氧薄膜。具体实验分两步进行。第一步,以TiCl4为Ti源,乙醇为溶剂,加入一定量的H2O制成镀膜溶胶溶液,分别在载玻片和Al2O3陶瓷基体上制备了TiO2薄膜。其目的是为了考察溶胶—凝胶法制备薄膜的基本原理,并且为下一步分析镀膜溶液的反应机理打下理论基础。在研究中,分析了制备TiO2薄膜的溶液反应机理,考察了[Ti]原子浓度对TiO2薄膜重量的影响。利用XRD分析薄膜的相组成,SEM观察薄膜的形貌。结果表明,在550℃下热处理后的薄膜由颗粒状的锐钛矿型TiO2构成。第二步,将CuCl2加入到制备TiO2薄膜的溶胶中制成镀膜溶胶溶液,分别在载玻片和Al2O3陶瓷基体上制备了铜钛氧薄膜。分析了溶胶的反应机理,以及薄膜中Cu3Ti3O相的形成机理。利用XRD分析薄膜的相组成,SEM观察薄膜的形貌。结果表明:铜钛氧薄膜由颗粒构成,并存在一些裂纹。载玻片上,550℃热处理制得的铜钛氧薄膜由锐钛矿型TiO2、CuO、Cu3Ti3O组成。溶液的组成对薄膜的相组成影响很大。在Cu比Ti原子比为1时,薄膜中含有的Cu3Ti3O较多。Al2O3陶瓷上,550℃热处理制得的铜钛氧薄膜由锐钛矿型TiO2、CuO、Cu2Ti4O。随着Cu比Ti原子比的增大,薄膜中的CuO含量逐渐增多。在比值为5处,薄膜的形貌中出现了明显的片状CuO。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 2O₃/Cu 复合材料的研究现状'>1.1 Al₂O₃/Cu 复合材料的研究现状
• 2O₃/Cu 的复合材料'>1.2 无压浸渗法制备高体积分数Al₂O₃/Cu 的复合材料
• 1.2.1 无压浸渗法的原理和特点
• 1.2.2 无压浸渗法对润湿性的要求
• 2O₃ 与Cu 之间的润湿性'>1.3 Al₂O₃ 与Cu 之间的润湿性
• 1.3.1 改善润湿性的基本方法
• 2O₃ 之间润湿的可行性'>1.3.2 改善Cu 熔液与Al₂O₃之间润湿的可行性
• 1.4 铜钛氧涂层的溶胶—凝胶法制备
• 1.4.1 溶胶—凝胶法制备涂层的基本原理
• 1.4.2 溶胶—凝胶法制备铜钛氧涂层的可行性
• 第二章 本课题研究的内容及方案
• 2.1 课题的提出
• 2.2 本文研究的内容
• 2.3 实验方案
• 2.3.1 实验原料及设备
• 2O₃ 陶瓷基体的制备'>2.3.2 Al₂O₃陶瓷基体的制备
• 2 薄膜的制备'>2.3.3 TiO₂薄膜的制备
• 2.3.4 铜钛氧复合薄膜的制备
• 2薄膜的制备'>第三章 TiO₂薄膜的制备
• 3.1 实验方法
• 3.1.1 去离子水对镀膜的影响
• 3.1.2 沉积时间对薄膜的影响
• 3.1.3 [Ti]摩尔浓度对薄膜的影响
• 3.1.4 镀膜次数对薄膜的影响
• 3.2 实验结果
• 3.2.1 去离子水对镀膜的影响结果
• 3.2.2 沉积时间对薄膜的影响结果
• 3.2.3 [Ti]摩尔浓度对薄膜的影响结果
• 3.2.4 镀膜次数对薄膜的影响结果
• 3.3 分析与讨论
• 3.3.1 薄膜的形成机理及其相组成和形貌特征
• 3.3.2 水对反应机理和薄膜重量的影响
• 3.3.3 [Ti]原子浓度对单层薄膜重量的影响
• 3.3.4 [Ti]原子浓度对数次镀膜后薄膜重量的影响
• 第四章 铜钛氧薄膜的制备
• 4.1 实验方法
• 4.1.1 不同的溶液配制程序
• 4.1.2 不同的溶液配比
• 4.1.3 镀膜次数
• 4.2 实验结果
• 4.2.1 溶液配制程序对薄膜相组成的影响
• 4.2.2 溶液的配比对薄膜的影响
• 4.2.3 镀膜次数对膜重的影响结果
• 4.3 分析与讨论
• 4.3.1 溶液反应机理
• 4.3.2 铜钛氧薄膜的形成机理
• 第五章 热处理温度与铜钛氧薄膜的结构和组织
• 5.1 实验方法
• 5.2 实验结果
• 5.3 分析与讨论
• 结论
• 参考文献
• 致谢