銅基-n-AlN功能復(fù)合材料的成分、組織及性能研究.pdf

1、高性能銅基功能復(fù)合材料在機械、電子、航空航天等高科技領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。顆粒增強銅基功能復(fù)合材料可以具備優(yōu)良的導電、導熱及力學性能，所以研究n-A1N顆粒增強銅基功能復(fù)合材料具有重要意義。 本文采用高能球磨方法制備銅基n-A1N復(fù)合粉體；用粉末冶金方法制備銅基n-A1N功能復(fù)合材料。采用SEM，HRTEM，XRD，EDS等手段表征復(fù)合材料的組織形貌并測定其力學及物理性能，結(jié)果表明：CuCrZr/A1N具有良好的導電、導熱及力學

2、性能。本文主要進行了以下幾個方面的工作： 首先優(yōu)化球磨工藝，分析了高能球磨過程中Cu-A1N、Cu-Zr-A1N、Cu-Cr-Zr-A1N復(fù)合粉體的組織結(jié)構(gòu)、形貌的變化規(guī)律；在優(yōu)化的高能球磨工藝條件下，對于銅氮化鋁系復(fù)合粉體，獲得晶粒細小、尺寸分布均勻的沒有合金化的復(fù)合粉體； 對于銅鋯氮化鋁系、銅鋯鉻氮化鋁系復(fù)合粉體，獲得晶粒細小、尺寸分布均勻的合金化的復(fù)合粉體。球磨后的復(fù)合粉體比表面積增大，晶格畸變增大，處于高內(nèi)能狀態(tài)

3、。分析了納米顆粒在球磨過程中的作用并得出延性與硬脆相復(fù)合粉體球磨過程的模型示意圖。 采用粉末冶金工藝制備銅基納米氮化鋁復(fù)合材料。系統(tǒng)研究了壓力、燒結(jié)溫度對致密度的影響，優(yōu)化了復(fù)合粉體的致密化工藝。分析了納米顆粒、孔隙在致密化中的作用。分析了高能球磨對致密化的影響。 用SEM，HRTEM，XRD等手段表征組織形貌，發(fā)現(xiàn)粉末與燒結(jié)坯組織間有“遺傳性”。分析鋯、鉻元素在復(fù)合材料中的作用。銅基納米復(fù)合材料CZCA2(CuCrZr

4、/A1N)，在優(yōu)化的致密化工藝下，材料的抗拉強度為550MPa，抗彎強度401Mpa，軟化溫度大于700℃。分析了孔隙的屬性對力學性能的影響。分析了固溶時效對力學性能的影響及納米顆粒在熱處理過程中的作用。表征了固溶時效過程的組織形貌變化，分析力學性能變化的原因。 測定了銅基納米復(fù)合材料的導熱系數(shù)、導電率。分析了其導熱、導電的機理，探討了納米顆粒、孔隙對燒結(jié)坯體的導熱、導電性能的影響。分析了復(fù)合材料的導熱性能與導電性能之間的關(guān)系，

5、計算其洛侖茲值。 分析了固溶時效對導熱性能、導電性能等的影響，分析了各元素及納米顆粒在熱處理中的行為。 選用CZCA2成分，采用工藝：500MPa壓制，900℃燒結(jié)，后處理為600MPa復(fù)壓，900℃復(fù)燒，制備納米顆粒強化銅基功能復(fù)合材料點焊電極，進行裝機實驗。 結(jié)果表明：與商用鑄態(tài)的Cu-Zr-Cr電極比較，自制電極的壽命提高了20％。用OM、SEM、TEM表征失效的點焊電極的組織形貌，分析了自制電極的失效機制