SiC-Cu復合材料的制備與組織性能研究.pdf

1、本論文主要分為兩個部分:一是SiC晶須(SiCw)制備工藝的研究;二是利用自制SiC與Cu粉，采用粉末冶金方法制備SiC/Cu復合材料。
　　采用普通的稻殼，在1450-1700℃利用反應燒結方法，制備出長度約為10-120μm的SiC晶須。實驗發(fā)現(xiàn)高溫有利于SiC晶須形核與長大，能夠增大長徑比，增強SiC晶須分散性。SiC晶須表面光滑、缺陷少，經(jīng)過除碳、酸洗等化學處理工藝可以獲得較為純凈的SiC晶須。經(jīng)過XRD分析發(fā)現(xiàn)存在兩種結

2、構的SiC:α-SiC和β-SiC。在1450℃下，SiC晶須以VS機理生長方式進行生長，但隨著溫度升高，在1550℃時，SiC晶須以更高效的VLS反應機理進行形核長大。研究發(fā)現(xiàn)SiC晶須制備最佳溫度在1550-1600℃之間。
　　采用自制SiC粉末與電解銅粉，經(jīng)過球磨混粉、冷凍干燥后，利用真空熱壓和熱等靜壓的方式制備出不同SiC含量的（1wt％、3wt％、5wt％）的SiC/Cu復合材料。采用XRD和TEM分析復合材料的物相結

3、構和界面關系;利用光學顯微鏡(OM)、SEM和EDX觀察復合材料的微觀組織和化學成分。對復合材料進行致密度、電導率、力學性能如硬度、拉伸、壓縮、剪切以及摩擦磨損性能的研究。探索加工工藝、SiC含量對復合材料的組織與性能的影響。
　　實驗發(fā)現(xiàn)，在27.7 MPa壓力下，900℃熱壓燒結1小時能夠制備出致密度良好的SiC/Cu復合材料。SiC含量為1wt％的復合材料與其他含量的復合材料相比，組織分布最為均勻，致密度達到95.4％，抗拉

4、強度達到了最佳，綜合性能較為優(yōu)越。利用TEM對復合材料進行分析，SiC與Cu基體之間并沒有發(fā)生有害的界面反應，界面平直干凈。通過SAED和HRTEM分析，發(fā)現(xiàn)了α-SiC和β-SiC。
　　在熱壓制備的SiC/Cu復合材料體系中，隨著SiC含量的增加，材料的致密度有所下降，孔隙率上升，組織中彌散相團聚幾率增加，但材料硬度和壓縮強度有所上升。當含量為5wt％SiC時，硬度達到最大值為95 HV。材料的壓縮強度也達到最大為143MPa

5、。通過曲線擬合得到孔隙率與材料的抗拉強度的關系式。
　　利用熱等靜壓(800℃×120MPa×1h)獲得完全致密的SiC/Cu復合材料，其力學性能普遍優(yōu)于熱壓制備SiC/Cu復合材料，材料的導電性較好。隨著SiC含量增加，復合材料斷裂方式由韌性斷裂逐漸轉變?yōu)榇嘈詳嗔?。SiC顆粒的加入能產生第二相強化的效果并能使材料的塑性變形抗力增大，SiC晶須通過晶須拔出、裂紋偏轉橋接、阻礙塑性變形等方式來起到增強SiC/Cu復合材料的作用。