三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Al2O3-Cu復(fù)合材料的制備和性能研究.pdf

1、三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的Al2O3/Cu復(fù)合材料在三維空間上銅基體與氧化鋁增強(qiáng)體實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)貫穿結(jié)構(gòu)，這種復(fù)合材料不僅同時(shí)具有銅金屬的高韌性、延展性、導(dǎo)熱、導(dǎo)電性、可加工性與陶瓷材料的低密度、高硬度、高強(qiáng)度、耐高溫、耐磨性以及耐腐蝕性能，而且相比顆粒、纖維強(qiáng)化，三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的金屬/陶瓷復(fù)合材料在各個(gè)方向上將集中于點(diǎn)或面的應(yīng)力能迅速在整個(gè)立體空間范圍內(nèi)分散與傳遞，可增大陶瓷增強(qiáng)體的強(qiáng)化效果。
　　本課題通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的氧化鋁陶瓷表面采用原位還原N

2、iCl2的方法制備Ni涂層，改善金屬銅與網(wǎng)絡(luò)陶瓷的潤(rùn)濕性，并通過(guò)真空消失模鑄造法，在高溫條件下將熔融態(tài)的銅注入網(wǎng)絡(luò)陶瓷孔徑，制備三維雙相網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的Al2O3/Cu復(fù)合材料，研究復(fù)合材料界面的結(jié)構(gòu)與組織，研究陶瓷體積分?jǐn)?shù)和涂層厚度對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。
　　結(jié)果表明：采用原位還原法制備了化學(xué)成分純度高，均勻致密，無(wú)其它雜質(zhì)的Ni涂層,并且涂層厚度可根據(jù)NiCl2的量進(jìn)行控制，當(dāng)NiCl2·6H2O的量為45％時(shí)，涂層的厚度大約為

3、10μm；通過(guò)真空消失模鑄造法在高溫下將銅液填充進(jìn)Ni涂層改善潤(rùn)濕性的網(wǎng)絡(luò)陶瓷骨架中，與陶瓷增強(qiáng)體緊密結(jié)合，形成三維雙相連續(xù)結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，所制備的三維網(wǎng)絡(luò)氧化鋁/銅基復(fù)合材料界面有固溶體Cu3.8Ni存在，說(shuō)明涂層Ni不僅簡(jiǎn)單使Cu基體與陶瓷增強(qiáng)體產(chǎn)生機(jī)械結(jié)合，而且形成了溶解與潤(rùn)濕結(jié)合。復(fù)合材料的密度隨著陶瓷體積分?jǐn)?shù)的量增加而減小，滿足疊加原理。復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度隨著陶瓷體積分?jǐn)?shù)的增加先逐漸增大然后變小，當(dāng)陶瓷體積分?jǐn)?shù)達(dá)到27.934

4、%時(shí)，抗彎強(qiáng)度出現(xiàn)最大值，相比純金屬銅增加了26%，相比于氧化鋁陶瓷抗彎強(qiáng)度增加了46%；復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度在Ni涂層厚度小于11.235μm時(shí)，隨著涂層厚度的增加先增加,大于11.235μm抗彎強(qiáng)度會(huì)隨著涂層厚度的增加而降低；在試樣彎曲過(guò)程中裂紋將沿著陶瓷增強(qiáng)體與銅基體的結(jié)合面擴(kuò)展。另外增強(qiáng)體與基體合適的比例可實(shí)現(xiàn)三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的互鎖效應(yīng)，充分的發(fā)揮Cu基體優(yōu)越的延展性與Al2O3高強(qiáng)度的性能，增加抗彎強(qiáng)度。復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度會(huì)隨著陶瓷