SiC-Cu復(fù)合材料的制備與組織性能研究.pdf

1、本論文主要分為兩個(gè)部分:一是SiC晶須(SiCw)制備工藝的研究;二是利用自制SiC與Cu粉，采用粉末冶金方法制備SiC/Cu復(fù)合材料。
　　采用普通的稻殼，在1450-1700℃利用反應(yīng)燒結(jié)方法，制備出長度約為10-120μm的SiC晶須。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高溫有利于SiC晶須形核與長大，能夠增大長徑比，增強(qiáng)SiC晶須分散性。SiC晶須表面光滑、缺陷少，經(jīng)過除碳、酸洗等化學(xué)處理工藝可以獲得較為純凈的SiC晶須。經(jīng)過XRD分析發(fā)現(xiàn)存在兩種結(jié)

2、構(gòu)的SiC:α-SiC和β-SiC。在1450℃下，SiC晶須以VS機(jī)理生長方式進(jìn)行生長，但隨著溫度升高，在1550℃時(shí)，SiC晶須以更高效的VLS反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行形核長大。研究發(fā)現(xiàn)SiC晶須制備最佳溫度在1550-1600℃之間。
　　采用自制SiC粉末與電解銅粉，經(jīng)過球磨混粉、冷凍干燥后，利用真空熱壓和熱等靜壓的方式制備出不同SiC含量的（1wt％、3wt％、5wt％）的SiC/Cu復(fù)合材料。采用XRD和TEM分析復(fù)合材料的物相結(jié)

3、構(gòu)和界面關(guān)系;利用光學(xué)顯微鏡(OM)、SEM和EDX觀察復(fù)合材料的微觀組織和化學(xué)成分。對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行致密度、電導(dǎo)率、力學(xué)性能如硬度、拉伸、壓縮、剪切以及摩擦磨損性能的研究。探索加工工藝、SiC含量對(duì)復(fù)合材料的組織與性能的影響。
　　實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在27.7 MPa壓力下，900℃熱壓燒結(jié)1小時(shí)能夠制備出致密度良好的SiC/Cu復(fù)合材料。SiC含量為1wt％的復(fù)合材料與其他含量的復(fù)合材料相比，組織分布最為均勻，致密度達(dá)到95.4％，抗拉

4、強(qiáng)度達(dá)到了最佳，綜合性能較為優(yōu)越。利用TEM對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行分析，SiC與Cu基體之間并沒有發(fā)生有害的界面反應(yīng)，界面平直干凈。通過SAED和HRTEM分析，發(fā)現(xiàn)了α-SiC和β-SiC。
　　在熱壓制備的SiC/Cu復(fù)合材料體系中，隨著SiC含量的增加，材料的致密度有所下降，孔隙率上升，組織中彌散相團(tuán)聚幾率增加，但材料硬度和壓縮強(qiáng)度有所上升。當(dāng)含量為5wt％SiC時(shí)，硬度達(dá)到最大值為95 HV。材料的壓縮強(qiáng)度也達(dá)到最大為143MPa

5、。通過曲線擬合得到孔隙率與材料的抗拉強(qiáng)度的關(guān)系式。
　　利用熱等靜壓(800℃×120MPa×1h)獲得完全致密的SiC/Cu復(fù)合材料，其力學(xué)性能普遍優(yōu)于熱壓制備SiC/Cu復(fù)合材料，材料的導(dǎo)電性較好。隨著SiC含量增加，復(fù)合材料斷裂方式由韌性斷裂逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈詳嗔?。SiC顆粒的加入能產(chǎn)生第二相強(qiáng)化的效果并能使材料的塑性變形抗力增大，SiC晶須通過晶須拔出、裂紋偏轉(zhuǎn)橋接、阻礙塑性變形等方式來起到增強(qiáng)SiC/Cu復(fù)合材料的作用。