论文部分内容阅读
SiC_p/Cu复合材料是一种新兴的“结构-功能”一体化材料,它综合了增强体SiC和基体铜的优良特性,具有较好的导电性能、力学性能和可调的热膨胀系数,因而有着广阔的应用前景。本文首先以50微米β-SiC粉体为研究对象,采用化学镀Cu包覆SiC颗粒,通过正交实验确定了最佳镀液配方,研究了镀液温度、镀液pH、络合剂等因素对化学镀铜质量的影响,利用SEM和EDS对SiC_p/Cu复合粉体的表面形貌和化学组成进行了分析。然后将铜包裹SiC颗粒形成的SiC_p/Cu复合粉体与铜粉直接混合,在不添加任何烧结助剂的条件下在900℃真空保温2小时制备了SiC分别为30vol%、40vol%、50vol%的SiC_p/Cu复合材料,利用光学显微镜和SEM分别分析了复合材料的显微组织和断口形貌,利用XRD分析了复合材料的相结构。测试分析了SiC_p/Cu复合材料的硬度、摩擦磨损性能、导电性能、热膨胀性能随SiC体积分数的变化规律。取得以下主要成果:在50℃、pH=12.5,采用以硫酸铜30g/L,EDTA·2Na盐1g/L,亚铁氰化钾2g/L,氢氧化钠34 g/L,甲醛24 ml/L和酒石酸钾钠105 g/L组成的镀液进行化学镀,SiC颗粒表面的Cu包覆层均匀致密,SiC颗粒与铜镀层的界面结合较强。酒石酸钾钠和EDTA·2Na盐组成的双络合剂的镀层质量的镀层质量优于单络合剂(酒石酸钾钠)的镀层质量。利用SiC颗粒颗粒表面Cu镀层微晶的低熔点(983℃)特性,改善了SiC颗粒与Cu的烧结性能,实现了铜镀层和铜粉快速致密化,复合材料致密度达到96%,而且SiC颗粒在铜基体中分布比较均匀,没有明显的偏聚现象;SiC_p/Cu复合材料的相组成物为Cu和SiC,没有其它任何反应产物出现。当SiC体积分数小于40%时,SiC_p/Cu复合材料的硬度和耐磨性由SiC体积分数所控制;当SiC体积分数大于40%时,SiC_p/Cu复合材料的硬度和耐磨性由孔隙率所控制。40vol%SiC_p/Cu复合材料的硬度达到25.2HRC。SiC粉体的加入明显提高了铜的耐磨性。SiC_p/Cu复合材料的磨损机理是磨粒磨损和粘着磨损共同作用的结果,30%SiC_p/Cu复合材料主要表现为Cu的粘着磨损,随着SiC体积分数的增加,SiC颗粒的磨粒磨损就越明显。SiC粉体的加入显著降低复合材料的热膨胀系数,但也使复合材料的室温电阻率大幅度提高。