放电等离子法制备SiC/Cu复合材料及其性能研究

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颗粒增强铜基复合材料不仅具有铜优异的导电、导热性能,而且具有增强体的特性,具有较高的强度和耐磨性能。SiC颗粒硬度高、耐磨损、耐高温,作为铜基复合材料的增强体,其优异的性能和广阔的应用得到越来越多的人关注和研究。本文以Cu, SiC粉末为原料,用行星式球磨机和放电等离子法(SPS)烧结制备了SiC/Cu复合材料。测定了混合粉末的物相,计算出晶粒尺寸和微观应变。还观察了粉末的形貌,并进行粒度分析。研究了烧结工艺参数和SiC含量对SiC/Cu复合材料的物理性能、力学性能和抗氧化性能的影响。研究结果如下:随着球磨时间的增加,粉末的粒度逐渐变小,SiC/Cu复合粉末晶粒尺寸不断细化,微观应变逐渐增大,衍射峰变宽。球磨8h后,SiC开始分解成单质的Si和C。实验得出的最佳球磨时间为6h。SiC/Cu复合材料的致密度随烧结温度和烧结压力的增加而增加;显微硬度和抗压强度随烧结温度的增加呈现先增后降的趋势;而随着烧结压力和SiC含量的增加,SiC/Cu复合材料的显微硬度变大。随着烧结时间的延长,复合材料的硬度先增后减,致密度和抗压强度逐渐增加。对于SiC含量为7%的复合材料,烧结温度为600℃,烧结压力为50MPa,保温时间为10min,材料的综合性能最好SiC/Cu复合材料随SiC含量增加,摩擦系数逐渐增大,磨损量则逐渐降低,SiC含量为10%时的磨损量最小。复合材料的磨损机制是黏着磨损和磨料磨损交替进行,摩擦系数随时间的变化上下波动。复合材料的热膨胀系数随SiC含量的增加而减小,而高温下的抗氧化性能则随之增强。经过对SiC/Cu复合材料性能的研究,发现该材料具有广阔的发展空间,本文研究的成果可为日后的实际应用提供理论依据。
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