论文部分内容阅读
针对目前Cu基复合材料应用中高屈服强度高延展性的性能需求,本论文以Ti2SnC陶瓷作为先驱体材料原位制备TiCo.5颗粒增强Cu基复合材料,并研究了制备该体系材料存在的相关技术和科学问题。本文利用高温下Ti2SnC陶瓷与Cu的反应行为,采用热压烧结法原位制备了TiCo.5颗粒增强Cu(Sn)复合材料,通过X射线衍射(XRD)、差热分析(DSC)、扫描电镜(SEM)等手段系统研究了高纯度Ti2SnC粉体的制备工艺、不同体积比的Ti2SnC与Cu在不同烧结工艺下的物相组成及显微形貌变化、不同制备工艺下TiC0.5/Cu(Sn)复合材料的显微结构及压缩性能,并探讨了制备工艺与复合材料的显微结构及压缩性能之间的关系。研究结果表明：(1)在以Ti粉、Sn粉和石墨粉为原料粉混合烧结制备Ti2SnC粉体时,原料粉三者的比例、烧结温度的选择和升温速率的快慢均会对Ti2SnC烧结纯度产生一定的影响。真空条件下,三者以2：0.9：0.85的比例在5℃/min的升温速率下升温至1260℃后保温2h烧结出的Ti2SnC粉体纯度最高。(2)研究Ti2SnC与Cu的反应行为发现,二者在900℃就开始发生反应,Ti2SnC中的部分Sn原子开始逃逸扩散到Cu基体内,留下TiCo.5作为增强相颗粒;随着温度的升高,反应程度变大,残留的Ti2SnC相减少；当温度达到或超过Cu的熔点后,由于反应体系流动性增加,反应程度会进一步增加。(3)以Ti2SnC和Cu为原料在1150℃反应烧结制备的TiC0.5/Cu(Sn)复合材料,微米尺度的Ti2SnC颗粒分解为亚微米和纳米级TiCo.5颗粒,较均匀地分布于基体中。当Ti2SnC的体积含量为10%、20%和30%时,复合材料中几乎不存在Ti2SnC,完全分解为TiCo.5,而体积含量为40%和50%时,复合材料中除了生成的TiCo.s外,还存留少量Ti2SnC。(4)保温时间对TiC0.s/Cu(Sn)复合材料的显微结构有一定的影响,其影响作用与初始Ti2SnC的体积含量有关。Ti2SnC体积含量为10%时,复合材料内的TiCo.5增强相颗粒分布受保温时间影响并不明显；当Ti2SnC体积含量增加到30%时,TiCo.5增强相颗粒的分布会随保温时间的增加而更加均匀地分布在基体内。对于初始Ti2SnC体积含量为30%的TiC0.5/Cu(Sn)复合材料,保温时间从Oh增加至2h后,其抗压强度和压缩变形率分别从1109±11 MPa和24.4±0.6%增加到1260±22 MPa和28.9±1.1%。(5)热压烧结制备的TiC0.5/Cu(Sn)复合材料,其体积密度随起始Ti2SnC体积含量的增加线性减小,而维氏硬度随之增加。当起始Ti2SnC体积含量从10%增加到50%时,复合材料的密度从8.13 g/cm3减小到7.30 g/cm3,维氏硬度从119.8±6.6 HV增加到442.8±11 HV。(6)1150℃保温2h制备的TiC0.5/Cu(Sn)复合材料不仅具有较高的抗压强度还能保持较大的压缩变形率。随着初始Ti2SnC体积含量从10%增加到50%,其压缩屈服强度从150±12 MPa增加到745±18 MPa。初始Ti2SnC体积含量为30%、40%和50%的TiC0.5/Cu(Sn)复合材料的抗压强度分别达到了1260±22 MPa、1448±4 MPa和1587±16 MPa,其对应的压缩变形率分别是28.9±1.1%、17.7±0.7%和8.3±1.5%。