粉末冶金法制备Cu/SiC梯度功能材料工艺及性能研究

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Cu/SiC梯度功能材料既有铜高导电性、高导热性的优点,同时具有一定的力学性能以及可调节的热膨胀系数,在电触头材料、电子封装材料、电接触材料领域有着广泛的应用前景。  本研究运用正交试验法确定高能球磨混粉过程中的最佳工艺参数,研究了球磨机转速、球磨时间、球料比对粉末粒径和包覆性能的影响;运用控制变量法,研究了不同压制压力对压坯致密度及微观组织的影响,确定了压制工艺过程中合理的压制压力;在其他工艺参数不变情况下,用不同的烧结温度对压坯进行烧结试验,分析了不同烧结温度对烧结体烧结效果的影响,得出了合理的烧结温度。按照该工艺制备了Cu/SiC梯度功能材料,借助 Tension金相显微镜、JSM-5610LV扫描式电子显微镜(SEM)、HV-1000显微维氏硬度测试系统及 MPX-200型立式万能摩擦磨损试验机对Cu/SiC梯度功能材料试样的显微组织、致密度、导电率、硬度和耐磨性能进行了测试及分析;并对试样进行二次压制处理,探讨了二次烧压工艺对材料性能的提升作用。对工艺研究发现:在高能球磨工艺过程中,各球磨参数的影响依次为:球磨时间>球磨机转速>球料比;试验得到的粉末最细化工艺参数为:球磨时间20小时,球料比20:1,转速300r/min;在压制工艺中,随着成形压力的不断增加,压坯密度不断提升,考虑压坯密度和弹性后效的综合作用确定压制压力400Mpa;在烧结过程中,随着烧结温度的提升,材料致密度逐渐变大,以900℃烧结时致密度最大。性能测试结果表明:梯度材料的微观组织中基体连续;随着SiC体积分数的下降,梯度材料每层的密度不断提升,致密度最高达到78%;SiC颗粒的加入,明显提高了基体Cu的硬度,随着SiC体积分数的增加,硬度值逐渐提升,最高硬度达到138.5HV,当SiC体积分数高于40%,硬度值会降低;SiC体积分数的增加,梯度材料层导电率随之变小,导电性能变差;SiC颗粒的加入提高了基体Cu的耐磨性,SiC体积分数在40%以下时,耐磨性能随之增强,当SiC体积分数高于40%,耐磨性能由于致密度较小的原因会有所下降,且多铜面是以粘着磨损为主要磨损机制,而少铜面的磨损机制是磨粒磨损以及粘着磨损的综合作用;试样经二次烧压之后由于提升了致密度,所以材料的整体性能都有所提升。  本研究为Cu/SiC梯度功能材料的生产制备提供了一定参考,同时对Cu/SiC梯度功能材料的推广应用提供了一定的理论依据。
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