Ti3SiC2-Cu復(fù)合材料的制備及真空觸頭應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、本論文在系統(tǒng)研究Ti3SiC2與Cu的潤(rùn)濕性及潤(rùn)濕機(jī)理的基礎(chǔ)上，研制了應(yīng)用于真空接觸器觸頭的高性能Ti3SiC2/Cu復(fù)合材料，并對(duì)其制備工藝以及力學(xué)性能、電學(xué)性能、電接觸性能等應(yīng)用基礎(chǔ)問題進(jìn)行了深入的研究與分析。全文分七章分別闡述了Ti3SiC2/Cu復(fù)合材料的研究背景與發(fā)展現(xiàn)狀、Ti3SiC2與Cu的潤(rùn)濕性及潤(rùn)濕機(jī)理、不添加反應(yīng)助劑的高純Ti3SiC2原料粉體的合成、Ti3SiC2/Cu復(fù)合材料的制備及其基本性能的測(cè)試與分析、應(yīng)用條

2、件下Ti3SiC2/Cu真空觸頭的截流值、分?jǐn)嗄芰Α⒛蛪耗芰Φ入娊佑|性能的測(cè)定及分析。
　　本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新成果:
　　1、揭示了高溫下Cu與Ti3SiC2之間潤(rùn)濕行為的特點(diǎn)、影響因素以及兩者間的界面反應(yīng)過程、反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)區(qū)物相組成與微觀結(jié)構(gòu)，明確了界面反應(yīng)與潤(rùn)濕行為之間的關(guān)系，為制備高性能Ti3SiC2/Cu復(fù)合材料提供了理論依據(jù)。
　　2、開發(fā)了不添加反應(yīng)助劑的高純Ti3SiC2陶瓷粉體的批量制備技術(shù)，獲得了純度

3、92wt.％以上的Ti3SiC2粉體，為制備Ti3SiC2/Cu復(fù)合材料提供了原料來(lái)源。
　　3、利用熱壓燒結(jié)和無(wú)壓燒結(jié)制備工藝，研制了具有優(yōu)良力學(xué)性能和電學(xué)性能的Ti3SiC2/Cu新型真空觸頭材料，并得到了優(yōu)化的復(fù)合材料組分、制備方法及工藝參數(shù)。
　　4、在實(shí)際應(yīng)用條件下研究了Ti3SiC2/Cu真空觸頭的截流值、分?jǐn)嗄芰?、耐壓值、抗燒蝕能力及其影響因素，結(jié)果表明Ti3SiC2/Cu具有優(yōu)異的電接觸性能，是一種極具應(yīng)用潛

4、力的新型真空接觸器觸頭材料。
　　本論文的主要結(jié)論及其理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值:
　　1、Ti3SiC2與Cu之間有良好的潤(rùn)濕性，其潤(rùn)濕過程屬于反應(yīng)性潤(rùn)濕。在溫度達(dá)到1270℃時(shí)，潤(rùn)濕角減小至15.1。溫度對(duì)Ti3SiC2/Cu體系的潤(rùn)濕性有顯著影響，隨著溫度的升高，Ti3SiC2/Cu體系的潤(rùn)濕性得到明顯的改善。同時(shí)，Ti3SiC2與Cu之間在高溫下發(fā)生界面反應(yīng)，形成TiCx、Cu(Si)固溶體及Cu-Si化合物混雜的反應(yīng)層

5、，反應(yīng)層與Cu和Ti3SiC2之間都有明顯的界面，界面結(jié)合良好。潤(rùn)濕過程中Cu向Ti3SiC2基體擴(kuò)散，且在反應(yīng)層中呈現(xiàn)梯度分布，有利于Ti3SiC2與Cu兩者的結(jié)合。
　　2、利用TiH2、Si和TiC為起始原料且三者的摩爾比為1∶1.25∶1.8～1.9，在不添加任何反應(yīng)助劑的情況下，以合成溫度1450～1480℃、升溫速率30℃/min、保溫時(shí)間10min的工藝，合成了純度高達(dá)92wt.％以上的Ti3SiC2原料粉體。

6、>　　3、原料組分對(duì)Ti3SiC2/Cu復(fù)合材料的性能影響很大，Ti3SiC2含量為40～60vol.％的Ti3SiC2/Cu復(fù)合材料的綜合性能最佳。當(dāng)Ti3SiC2含量過多時(shí)，Ti3SiC2/Cu復(fù)合材料的導(dǎo)電性能下降;而當(dāng)Ti3SiC2含量過少時(shí)，Ti3SiC2/Cu復(fù)合材料的力學(xué)性能下降。其中，熱壓燒結(jié)制備的Ti3SiC2/Cu復(fù)合材料在Ti3SiC2含量為40vol.％時(shí)其抗彎強(qiáng)度最高，達(dá)到1357MPa;而無(wú)壓燒結(jié)制備的復(fù)合材

7、料在Ti3SiC2含量為50vol％時(shí)達(dá)到其最高抗彎強(qiáng)度937MPa，熱壓燒結(jié)復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于無(wú)壓燒結(jié)復(fù)合材料。
　　4、燒結(jié)工藝對(duì)Ti3SiC2/Cu復(fù)合材料的性能也有很大影響。實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，熱壓燒結(jié)工藝的最佳燒結(jié)制度為:燒結(jié)溫度900～1100℃，壓強(qiáng)30MPa，保溫時(shí)間2h，升溫速率30℃/min;無(wú)壓燒結(jié)工藝的最佳燒結(jié)制度為:燒結(jié)溫度1250～1400℃，保溫時(shí)間1h，升溫速率30℃/min。復(fù)合材料中Ti3SiC2含

8、量增加時(shí)，其最佳燒結(jié)溫度相應(yīng)提高。
　　5、在實(shí)際應(yīng)用條件下測(cè)試了Ti3SiC2/Cu真空觸頭的截流值。熱壓燒結(jié)的Ti3SiC2/Cu真空觸頭材料中，Ti3SiC2含量為40vol.％時(shí)，材料的截流值最低，為1.68A。無(wú)壓燒結(jié)的Ti3SiC2/Cu真空觸頭材料中，Ti3SiC2含量為40vol.％時(shí)，材料的截流值最低，為2.48A。無(wú)壓燒結(jié)觸頭材料的致密度較低，缺陷多，在性能上與熱壓燒結(jié)觸頭材料相比還存在一定的差距。