TiB2颗粒增强高强高导铜基复合材料研制

论文摘要

硼化物颗粒增强铜基复合材料由于具有高强度、高导电性以及良好的高温性能广泛地应用于电极材料、电接触材料及集成电路引线框架材料等。本文采用粉末冶金法和真空非自耗电弧熔炼法两种工艺制备TiB2/Cu复合材料,探讨了不同工艺下原位反应时的工艺参数及其对材料结构和性能的影响,获得以下一些有意义的结果。（1）考察了以无水乙醇为过程控制剂的湿法球磨过程中Cu-Ti-B4C混合粉料的合金化情况,探讨了不同配料比在烧结时对原位反应产物的影响,分析了不同生成相的形成原因。结果表明:Cu-Ti-B4C混合粉料经高能球磨后得到Cu、TiH1.924和TiCu3混合相,随TiB2理论生成量增加粉料粒径减小。烧结后得到含B量不同的硼化物:TiB100,TiB2或TiB25。（2）.本文试验条件下采用粉末冶金法制备TiB2/Cu复合材料的最佳工艺参数为:以TiB2理论生成量为5%（wt%）配料,在800MPa压力下对球磨后的合金粉末进行模压,在1273K经4.5h保温烧结,经原位反应可获得TiB100弥散增强的Cu基复合材料,试样的电导率为:20.2%IACS,硬度为161Hv。（3）.采用真空非自耗电弧熔炼法时尝试了两种不同方式:原料直接熔炼法和两段式熔炼法。原料直接熔炼法是将Cu粉、B4C粉和工业纯钛混料后在电弧炉中直接熔炼,获得了单一TiB2相弥散增强的Cu基复合材料。以TiB2理论生成量为2%（wt%）配料,经电弧熔炼法得到的试样电导率为43.9%IACS,硬度为134Hv。（4）.两段式熔炼法是先制备Cu-Ti预合金块,将此预合金块放置在Cu-B4C混合粉末上进行熔炼,可得到TiB相增强Cu基复合材料,但由于反应界面层的存在,导致材料硬度分布不均,试样电导率较低。（5）.探讨了微波烧结工艺制备TiB2/Cu复合材料的可行性。结果表明:同传统烧结方式相比,微波烧结可大大降低保温时间。所得材料硬度高于常规烧结,但材料性能同传统烧结工艺一样,随烧结温度的提高和保温时间的延长并不利于材料性能的提升。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 铜基复合材料的研究现状
• 1.2.1 铜基复合材料的分类
• 1.2.1.1 显微复合铜合金
• 1.2.1.2 纤维增强铜基复合材料
• 1.2.1.3 颗粒增强铜基复合材料
• 1.2.2 增强相的选择
• 2增强铜基复合材料的制备方法'>1.3 TiB₂增强铜基复合材料的制备方法
• 1.3.1 人工复合材料法
• 1.3.2 原位复合法
• 1.3.2.1 固-固法
• 1.3.2.2 液-固法
• 1.3.2.3 液-液法
• 1.4 本课题的研究思路及主要研究内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 实验用原材料
• 2.2 实验用设备
• 2.3 材料制备工艺
• 2.3.1 粉末冶金法
• 2.3.2 真空非自耗电弧炉熔炼法
• 2.3.3 微波烧结法
• 2.4 材料性能测试
• 2.4.1 电导率
• 2.4.2 硬度
• 2.4.3 密度
• 2.4.4 显微组织及物相分析
• 2/Cu复合材料'>第3章 粉末冶金法制备TiB₂/Cu复合材料
• 3.1 引言
• 3.2 实验方法
• 3.3 球磨后的粉料物相组成
• 3.4 不同配料比对材料组织与性能的影响
• 3.5 压制压力对材料组织与性能的影响
• 3.5.1 压制压力对生坯致密度的影响
• 3.5.2 压制压力对烧结后材料组织与性能的影响
• 3.6 烧结条件对材料组织与性能的影响
• 3.6.1 保温时间的影响
• 3.6.2 烧结温度的影响
• 2增强相生成机制探讨'>3.7 TiB₂增强相生成机制探讨
• 3.8 小结
• 2/Cu复合材料'>第4章 真空非自耗电弧熔炼法制备TiB₂/Cu复合材料
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 石墨坩埚的制作
• 4.2.2 原料直接熔炼
• 4.2.3 两段熔炼
• 4.2.4 显微结构与性能表征
• 4.3 不同熔炼法制备试样组织和性能
• 4.3.1 原料直接熔炼法
• 4.3.2 两段熔炼法
• 4.4 不同熔炼法制备试样物相组成
• 4.5 增强相生成机制
• 2生成反应'>4.5.1 TiB₂生成反应
• 4.5.2 不同熔炼法增强相生成机制探讨
• 4.6 小结
• 2/Cu复合材料'>第5章 微波烧结工艺制备 TiB₂/Cu复合材料
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.3 实验结果与讨论
• 5.3.1 力学与导电性能
• 5.3.2 显微组织与物相分析
• 5.4 小结
• 第6章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况