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Al_2O_3强化铜基复合材料的制备和性能研究

王东里  
【摘要】: Al_2O_3颗粒强化铜基复合材料因具有高强度和高导电性而在电子电气等行业有着广阔的应用前景。Al_2O_3强化铜基复合材料在制备过程中,由于Al_2O_3颗粒与铜基体的结合力较差,导致Al_2O_3纳米颗粒在铜基体中分散不均匀,降低复合材料的性能。 本试验尝试用甘氨酸-硝酸盐法(GNP法)与机械合金化相结合的方法提高Al_2O_3纳米颗粒与铜基体的结合力,解决Al_2O_3纳米颗粒在铜基体中的分散问题。 采用甘氨酸-硝酸盐法(GNP法)与机械合金化结合的方法制备Al_2O_3/Cu复合粉末,我们从金属离子配比、甘氨酸配比、无水乙醇的作用、球磨时间几个方面进行了研究:甘氨酸-硝酸盐法制备Al_2O_3/CuO粉末,最低Al_2O_3含量为10%(质量分数),若低于10%,则在燃烧过程中由于气流冲击大,绝大部分的产物从收集容器中飞散出来而难以收集,甚至有爆炸的危险;甘氨酸-硝酸盐法制备Al_2O_3/CuO粉末的最佳的甘氨酸与金属盐配比是n[甘氨酸]: n [Al~(3+)+Cu~(2+)]=2:1;乙醇洗涤可以有效的解决粉末的团聚问题;在球磨过程中,球磨60h,颗粒尺寸变化不大,继续延长球磨时间,对颗粒细化贡献不大。 Al_2O_3/Cu复合材料制备的工艺参数是烧结温度为850℃,烧结时间1h,烧结态样品的复压采用冷压,退火温度为800℃,保温时间为1h;对样品的形貌分析发现,经过复压、退火以后,样品的孔隙率降低;混粉方案B制得的样品中Al_2O_3分布非常均匀,没有发生颗粒的团聚,而方案C制得的样品有一小部分的Al_2O_3发生了团聚的现象。对Al_2O_3/Cu复合材料的性能进行测试发现,Al_2O_3/Cu复合材料的密度、导电率随Al_2O_3含量增加而下降;复合材料的硬度和抗弯强度当Al_2O_3含量(质量分数)在0.6-1.0%之间时,硬度和抗弯强度随着Al_2O_3含量的增加而上升,当Al_2O_3含量(质量分数)超过1.0%时,硬度和抗弯强度随着Al_2O_3含量的增加而下降;方案B制备的样品的密度、导电率、硬度、抗弯强度都高于方案C所制备的样品。


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