α-Al-,2-O-,3--Cu復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、利用粉末冶金法，制備了α-Al2O3體積含量為0％～30％八種不同組分的α-Al2O3/Cu復(fù)合材料。初步探索了α-Al203/Cu復(fù)合材料的制備工藝及其力學(xué)性能和物理性能。研究了α-Al2O3體積含量對復(fù)合材料燒結(jié)收縮率、密度、相對密度、顯微組織、硬度、抗壓強度和導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性及耐磨性的影響，并初步探索了強化機理及磨損機理。另外，為了改善一次燒結(jié)樣品性能，在一次燒結(jié)的基礎(chǔ)上又進行了復(fù)壓復(fù)燒。
　　 實驗結(jié)果表明：粉末冶金法制備

2、α-Al2O3/Cu復(fù)合材料最佳燒結(jié)工藝是1030℃，保溫120min。一次燒結(jié)制備的復(fù)合材料，隨著α-Al2O3體積含量的增加，體積收縮率在3-2％～23％之間，10vol％Al2O3樣品收縮率最大。燒結(jié)密度和相對密度逐漸減小，燒結(jié)密度在5.166～7.830g/cm3之間，相對密度在0.654～0.878之間。顯微硬度先增加后下降，5vol％Al2O3達到最高0.464GPa。從顯微組縱觀察發(fā)現(xiàn)，Al2O3顆粒體積含量為0％～10％

3、時復(fù)合材料中Al2O3能夠均勻分布，Al2O3顆粒與Cu基體結(jié)合緊密。隨著Al2O3顆粒體積含量的增加，混和粉末中兩相的均勻分散難度變大，在15vol％～30vol％Al2O3復(fù)合材料中Al2O3團聚較嚴重。隨α-Al2O3體積含量的增加，α-Al2O3/Cu復(fù)合材料的抗壓強度Rmc先升高后降低，并且5vol％～Al2O3的抗壓強度達到最高值1363MPa，遠遠高于純銅樣品656MPa，由此可以看出，Al2O3顆粒的添加對于提高復(fù)合材料

4、的抗壓強度是很明顯的。經(jīng)過鐓粗后，α-Al2O3/Cu復(fù)合材料的相對密度及顯微硬度均有較大提高，鐓粗后相對密度最高的是0％Al2O3的樣品，達到95.2％。鐓粗前后增加幅度最大的是Al2O3含量為10vol％的α-Al2O3/Cu復(fù)合材料，增幅為9.69％。鐓粗后顯微硬度最高的是2.5vol％Al2O3的樣品，達到0.996GPa，增加幅度最大的是Al2O3含量為10％的α-Al2O3/Cu復(fù)合材料，增加了1.82倍。一次燒結(jié)制備的復(fù)合

5、材料電導(dǎo)率先增加后下降，2.5vol％Al2O3的導(dǎo)電性能最佳。純銅樣品熱導(dǎo)率為271.21W/（m·K），相當(dāng)于純銅標準值的67.6％。2.5vol％Al2O3的試樣熱導(dǎo)率為252.71W/（m·K），為理論值的73％。當(dāng)Al2O3體積分數(shù)大于10vol％以后熱導(dǎo)率急劇下降，這說明熱導(dǎo)率受Al2O3含量影響很大。一次燒結(jié)制備的復(fù)合材料體積分數(shù)為15％的試樣耐磨性相對較好。磨損隨著對偶環(huán)轉(zhuǎn)速的增大先加劇后變緩，在三種轉(zhuǎn)速200，280，

6、360rpm中，280rpm時磨損最為嚴重。在本實驗條件中的三種轉(zhuǎn)速下，摩擦因數(shù)均先增大后減小。磨損機理卡要是磨料磨損和粘管磨損。
　　 復(fù)壓復(fù)燒工藝對于提高復(fù)合材料的綜合性能有較大作用。復(fù)壓復(fù)燒后復(fù)合材料的相對密度值在71％～93％之間，增加幅度最大的是1.5vol％Al2O3，增幅達17.9％。復(fù)壓復(fù)燒后樣品顯微硬度大幅提高，2.5vol％Al2O3試樣顯微硬度最高達到0.901GPa。15vol％Al2O3試樣顯微硬度達到

7、0.879GPa，提高了1.9倍。復(fù)壓復(fù)燒工藝對于提高α-Al2O3/Cu復(fù)合材料耐磨性有明顯的作用。在200，280，360rpm試驗條件下，耐磨性能提高最大的分別為2.5vol％Al2O3，5vol％Al2O3，5vol％Al2O3的復(fù)合材料，復(fù)壓復(fù)燒后磨損量分別大約是第一次燒結(jié)磨損量的3.6％，4.36％，2.2％。復(fù)合材料中α-Al2O3含量一定時，對偶環(huán)轉(zhuǎn)速為280rpm的磨損量最大，與一次燒結(jié)樣品磨損的規(guī)律一致。復(fù)壓復(fù)燒后復(fù)

8、合材料的熱導(dǎo)率也有所增加，增幅最大的是10vol％Al2O3的試樣，增幅為65.8％，0％Al2O3的試樣（純銅）熱導(dǎo)率也增加了26％，達到標準純銅熱導(dǎo)率的85％。
　　 在各組分配比的α-Al2O3/Cu復(fù)合材料中，15vol％Al2O3樣品顯微硬度為0.879GPa，比標準純銅（0.621GPa）提高了41.5％；280rpm時，相對于標準純銅的體積相對耐磨性為1.72；熱導(dǎo)率為280.45（W/（m·K））為標準純銅（40