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高强高导铜合金是制备大规模集成电路引线框架、电车及电力火车架空导线等的优良材料。颗粒弥散强化铜基复合材料是目前制备高强高导铜合金的研究热点。弥散在铜基体中的增强相的粒度、形态和分布决定着这类铜合金性能,颗粒越细小,分布越均匀,合金性能愈优越。本文以高纯铜粉、SiC粉末为实验材料,利用卧式行星球磨机、100T压力机、真空高温烧结炉及真空高温热压炉等实验设备,研究了高能球磨法制备超细SiC颗粒和机械合金化法制备SiCP/Cu复合材料的工艺,采用激光粒度仪、扫描电镜、硬度计等测试设备,研究了工艺参数对SiC增强颗粒粒度、形貌的影响和制备工艺对SiCP/Cu复合材料性能、组织的影响规律。主要结论如下:
(1) 高能球磨机具有较大的惯性力,对粉料产生频繁强烈撞击、碾压和搓擦等作用,使颗粒有显著的粉碎细化。
(2) 在高能球磨法制备SiC粉末的过程中,球磨时间和转速显著影响SiC粉末的粒度和形貌。延长球磨时间能有效减小SiC粉末的粒度,使得粒度分布范围变窄;增加球磨转速,能有效地减小颗粒尺寸,缩短球磨所需时间,颗粒的均匀性较好;但当转速高达450r/min时,冲击作用力加强,导致陶瓷磨球磨损严重,甚至破碎。在球磨过程中加入工艺控制剂,可有效的防止颗粒粘附在磨球和磨罐上,并改善了粉末的均匀性。
(3) 在本文实验条件下,制备超细SiC粉末的优化工艺条件为:添加工艺控制剂为乙醇,球磨转速为400r/min,球料比为10:1,球磨时间为30h。制备的SiC粉末粒径集中分布在0.12~6.41μm范围内,中位粒径D50为0.80μm。
(4) 在本文实验条件下,随着SiC质量百分含量的增加,SiCP/Cu复合材料的致密度和相对导电率有所下降,而硬度逐渐升高。冷压成形真空烧结获得的SiCP/Cu复合材料,导电率高达85.5%IACS,硬度高达120.44HV。机械合金化法制备的SiCP/Cu复合材料中,增强相颗粒的分布较均匀、弥散。
(5) 在本文实验条件下,热压烧结成形的SiCP/Cu复合材料的致密度和导电率较高,但硬度的提高幅度不大。采用机械合金化工艺制备的经热压烧结成形的SiCP/Cu复合材料导电率高达87.3%IACS,硬度高达124.65HV。