內(nèi)氧化法制備ZrO2-Cu復(fù)合材料的研究.pdf

1、隨著工業(yè)的發(fā)展,對于要求高導電,高導熱,高強度的技術(shù)指標越來越高,普通的Cu合金已不能滿足需求。以第二相顆粒彌散強化的銅基復(fù)合材料具有高導電率的同時,亦具備高的軟化溫度及強度,其中以Al2O3/Cu復(fù)合材料為代表的銅基復(fù)合材料是目前應(yīng)用最為成熟及廣泛的一類產(chǎn)品,但是由于金屬Al化學性質(zhì)的兩向性,導致復(fù)合材料在制備過程中殘留偏鋁酸鹽類物質(zhì),這一方面影響了Al2O3與基體的結(jié)合強度;另一方面,偏鋁酸鹽在高溫下易分解,從而影響了該材料在電真空

2、管等器件中的安全使用。為彌補Al2O3/Cu復(fù)合材料存在的不足,本文嘗試用金屬活性極高的Zr替代Al制備彌散強化銅,Zr氧化后生成ZrO2,屬堿性氧化物,不易與銅生成鹽類化合物,這樣便能避免上述情況。
　　本文分別采用了常規(guī)水霧化工藝和改進后的水霧化工藝制備Cu-Zr合金粉末,通過對兩種工藝制備得到的合金粉末進行了分析對比。結(jié)果表明:常規(guī)霧化工藝制備的合金粉末中Zr含量極低,改進工藝制備得到了Cu-0.6％Zr的合金粉末;但Cu-

3、0.6%Zr合金粉末的松裝密度及流動性較前者的差。
　　對Cu-Zr合金粉末的內(nèi)氧化熱力學及動力學進行了理論研究,得出了內(nèi)氧化時的上限氧分壓及理想條件下內(nèi)氧化所需的時間。下限氧分壓不僅與T有關(guān),而且與Zr含量有關(guān),其大小要高于純Zr氧化/無氧化的2PO門檻值,盡管如此,擇優(yōu)氧化的下限2PO仍然是很低的,所以其在具體的內(nèi)氧化控制中意義不大。顆粒半徑R及Zr濃度一定的情況下,內(nèi)氧化的溫度是決定內(nèi)氧化時間的主要控制參數(shù)。
　　對經(jīng)

4、過-200目篩分的Cu-0.6%Zr合金粉末進行了內(nèi)氧化工藝研究,得到了一套內(nèi)氧化法制備工藝。在研究氧化參數(shù)時:溫度過低,氧化速度慢;溫度過高易發(fā)生過氧化和粉末結(jié)塊現(xiàn)象。還原氣體流量為200ml/min的N2+5%H2還原條件下,由燒氫實驗確定最佳還原參數(shù)。
　　對內(nèi)氧化處理后的粉末進行真空SPS成型,得到了優(yōu)化的燒結(jié)參數(shù):30MPa、850℃×2h。在優(yōu)化的燒結(jié)參數(shù)下燒結(jié)得到的試樣的相對導電率為83.10%IACS(Intern

5、ationalAnnealedCopperStandard),HB為76,軟化溫度達到900℃。
　　采用SEM、EDS對燒結(jié)試樣進行表征,采用XRD對試樣經(jīng)過硝酸萃取后的殘留物進行了表征分析。經(jīng)過發(fā)現(xiàn),所制備試樣中的增強相為ZrO2,其在基體中呈彌散分布,因此,可知經(jīng)過內(nèi)氧化處理后的燒結(jié)試樣為ZrO2/Cu復(fù)合材料。
　　本文對水霧化制備Cu-Zr合金粉末工藝,Cu-Zr合金粉末內(nèi)氧化工藝進行了研究。為進一步研究內(nèi)氧化法制