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粉末冶金法制备纳米金刚石/铜基复合材料及其性能研究

刘辉  
【摘要】: 铜基复合材料因其具有优良的力学性能、较高的耐磨性和良好的导电导热性,被广泛应用于电子封装、电刷、电接触元件及电阻焊电极等方面。寻求既具有高导电导热性又具有良好力学性能的新型增强颗粒,对于铜基复合材料的研究和应用具有非常重要的意义。纳米金刚石(ND)具有高硬度、高耐磨性、导热性好和热膨胀系数低等优异性能,将其弥散分布到铜体中有望得到具有优良综合性能的铜基复合材料。 本文采用粉末冶金冷压-烧结法制备了ND/Cu复合材料。研究了球磨工艺、成型压力、烧结温度和时间等工艺参数对复合材料微观结构和性能的影响,确定了制备复合材料最佳的工艺条件。对加入不同类型金刚石(纳米级(ND)、微米级(MD)、表面处理纳米级(AND))的铜基复合材料的电导率、抗拉强度、耐磨性等性能进行测试,并利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等对复合材料的微观组织进行观察和分析。结果表明:随着纳米金刚石含量的增加,ND/Cu复合材料的电导率降低,而其硬度和摩擦磨损性能则得到显著提高,其抗拉强度呈现出先增后减的趋势,其抗软化温度均大于600℃。当纳米金刚石含量≦1 %时,纳米金刚石可均匀的弥散分布到铜基体中,复合材料的致密度较高,孔隙等缺陷较少。随着微米金刚石含量的增加,MD/Cu复合材料与ND/Cu复合材料性能变化规律相似,但在相同百分含量条件下,MD/Cu复合材料的相对密度和电导率高于ND/Cu复合材料,而其硬度和耐磨性则低于ND/Cu复合材料。纳米金刚石经表面改性处理后(1100℃保温60min退火),得到外层为石墨内部为金刚石核-壳的复合纳米结构,且其团聚现象明显降低,因而可以更均匀的弥散分布到铜基体中,使得AND/Cu复合材料的电导率、抗拉强度、耐磨性等性能优于ND/Cu复合材料。


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