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Al_2O_3/Cu复合材料的界面润湿性及其力学性能研究

王文祥  
【摘要】:Al_2O_3陶瓷质轻、耐磨、强度高、化学稳定性好,同时还具有低热膨胀系数和电气绝缘性。金属Cu导热、导电性优良,韧性好、可加工性强。因此,通过组元比例和结构设计,制备出的Al_2O_3/Cu复合材料综合性能优良,在轨道交通、电子封装和电触头等领域具有广阔的应用前景。但Al_2O_3/Cu的界面润湿性差,严重限制了Al_2O_3/Cu复合材料的开发和应用。在氧化铝陶瓷表面制备涂层,可以改变陶瓷的表面状态,有望改善Al_2O_3/Cu的界面润湿性,进而提高复合材料的综合性能。本文通过在氧化铝陶瓷表面浸渍涂覆CuO涂层或CuO-Ni涂层,改善Al_2O_3/Cu的界面润湿性。在此基础上,制备Al_2O_3/Cu/Al_2O_3叠层复合材料,研究其抗弯强度;采用无压浸渗法制备三维网络Al_2O_3/Cu复合材料,研究其耐磨性。研究结果如下:(1)采用CuO涂层对Al_2O_3陶瓷表面预处理,当CuO涂覆量为0.48mg/mm~2,预处理温度为1100°C,润湿气氛为流动氩气,润湿温度为1250°C时,Al_2O_3/Cu的润湿角较小,为26°;CuO涂层与Al_2O_3/Cu发生界面反应生成CuAlO_2相是改善润湿性的关键。(2)采用CuO-Ni涂层对Al_2O_3陶瓷表面预处理,Al_2O_3/Cu的界面润湿性得到了改善,当预处理温度为1150°C,且润湿温度为1200°C时,有较小润湿角52°。(3)经CuO涂层改性制备的Al_2O_3/Cu/Al_2O_3叠层复合材料,在界面处生成致密连续的CuAlO_2过渡层可以提高复合材料的弯曲强度;当预处理温度和润湿温度为1100°C时,弯曲强度为410MPa;经CuO-Ni涂层改性制备的Al_2O_3/Cu/Al_2O_3叠层复合材料,当预处理温度为1150°C,润湿温度为1200°C时,弯曲强度为425MPa;与CuO涂层相比,CuO-Ni涂层改性制备的Al_2O_3/Cu/Al_2O_3叠层复合材料具有较高的弯曲强度。(4)通过CuO/CuO-Ni涂层预处理陶瓷预制体,采用无压浸渗法制备出了三维网络Al_2O_3/Cu复合材料;复合材料的摩擦系数稳定,且低于纯Cu的摩擦系数,减摩耐磨性能优于纯Cu材料。


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