化学共沉积法制备纳米金刚石/铜基复合材料的研究

【摘要】： 纳米金刚石(ND)不仅具有金刚石高硬度、高导热、高耐磨等性能,同时兼有纳米粒子的特性,因此受到广泛的关注。纳米金刚石作为增强相制备的金属基复合材料在很多需要高强度、高导电的工业领域具有广泛的应用前景。但是传统制备工艺很难克服纳米颗粒极易团聚和与金属基体浸润性不良的问题。本课题首次采用化学共沉积-粉末冶金法,并通过纳米金刚石表面改性,探索了制备纳米金刚石弥散强化铜基(ND/Cu)复合材料的新方法。 通过化学共沉积工艺制备了ND/Cu复合粉体,并采用粉末冶金工艺制备了ND/Cu复合材料。研究了不同制备工艺参数(包括:煅烧温度、还原温度、初压压力、烧结温度、烧结时间、复压压力)对复合粉末、复合材料微观组织与性能的影响,确定了最佳的制备工艺参数。 采用石墨化、酸处理、化学镀等方法对纳米金刚石进行表面改性。改性后的纳米金刚石的分散性均有不同程度的提高。其中经表面石墨化和HF酸两步处理的纳米金刚石表现出良好的分散性,显著降低ND的团聚。经两步处理后的纳米金刚石所制备的复合材料,晶粒细小,纳米金刚石均匀分布于铜基体中,界面结合良好,起到了弥散强化的作用。因此,具有较高的硬度和电导率。 采用高分辨透射电镜(HRTEM)分析了ND/Cu复合材料的微观组织和界面特征。结果表明:纳米金刚石颗粒弥散分布于铜晶粒中,界面结合紧密,并存在位错、孪晶等亚结构。研究了不同ND含量对复合材料性能的影响,发现随着ND含量的增加,复合材料的密度、电导率随之下降,硬度逐渐升高,抗拉强度在含量为3wt.%时为最高值。随着ND含量的增加,ND/Cu复合材料的抗软化温度升高,当ND含量大于3wt.%时,抗软化温度大于600℃。3wt.%ND/Cu复合材料具有很好的综合性能。探讨了化学共沉积法制备的ND/Cu复合材料的强化机制主要为细晶强化和弥散强化。