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《华东理工大学》 2011年
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Cu-Cr-Zr复合材料的制备及其性能研究

武小记  
【摘要】:高性能铜基复合材料是一类具有优良综合性能的功能材料,既具有高的强度和良好的导电导热性,又具有优越的高温性能,在电力电子、机械和航空航天等领域有广阔的应用前景。 本文首先采用机械合金化法制备了Cu-Cr-Zr复合粉末,通过对球磨和退火热处理过程中复合粉末衍射峰,以及晶粒尺寸、晶格畸变、晶格常数和形貌特点等方面的分析,探讨了机械合金化制备Cu-Cr-Zr复合粉末的工艺特点、粉末特征和热稳定性。然后通过热压烧结的方法制备了Cu-Cr-Zr复合材料,并对其物理和力学性能进行测试,探讨了烧结工艺参数对Cu-Cr-Zr复合材料组织结构和性能的影响。结果表明: Cu-10%(Cr-Zr)和Cu-50%(Cr-Zr)复合粉末经70h球磨后均形成了常温下稳定的Cu(Cr)和Cu(Zr)过饱和固溶体。复合粉末衍射峰的强度随球磨时间延长而降低,晶粒不断细化,颗粒由片状逐渐趋于球形;球磨70h,Cu晶粒可达15.861nm。 当球磨时间小于30h,Cu的晶格常数和晶格畸变都增加;当球磨时间达到70h,晶格常数略有降低,同时晶格畸变有部分恢复。Cu-10%(Cr-Zr)复合粉末在退火热处理过程中晶格畸变的程度降低、内应力释放,复合粉末的结构有序度明显提高;球磨过程中形成的Cu(Cr)和Cu(Zr)过饱和固溶体在500℃退火时开始脱溶。 采用热压烧结方法制备了Cu-10%(Cr-Zr)和Cu-50%(Cr-Zr)复合材料。其金相组织主要由Cu基体相、Cr相以及Cu-Zr复合相组成。通过TEM对富Zr相进行成分分析,可知此金属间化合物为Cu5Zr。随着烧结温度的升高,复合材料的致密性、导电率以及耐磨性提高,而硬度和抗弯强度下降。随着Cr和Zr含量的增加,复合材料硬度显著提高,其它性能则明显下降。因此,Cu-10%(Cr-Zr)复合材料具有较好的综合性能。 本文采用机械合金化+热压烧结工艺路线制备了Cu-Cr-Zr复合材料,开发了相应的工艺参数,探索了高质量分数Cr和Zr对复合材料性能的影响。本论文的研究结果对研制开发新型铜基复合材料有着重要的理论和现实意义。
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