SPS制备石墨/铜导电材料烧结机理及微观界面特征的研究

来源 :长春工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:aig2008
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随着现代科技的飞速发展,人类的生活逐步进入到了电子化、信息化和智能化。这些显而易见的变化都离不开材料的发展进步。在这个时代大背景下,尤其是石墨铜导电材料表现出巨大的应用潜力。放电等离子烧结技术(SPS)作为一项先进的材料制备技术,在新材料的研发和制备方面具有很大的优势,但是SPS烧结机理现在还没有完全搞清楚。因此本文研究的主要目的是通过利用SPS技术制备石墨铜基复合材料来研究该技术制备的材料的综合性能及其致密化机理。本文通过机械合金化法(MA)制备了石墨铜复合粉末;电镀法制备了碳纤维铜复合丝;最后用SPS烧结技术制备了短碳纤维增强铜基复合材料。观察和了解了复合材料的微观界面结构;讨论了SPS烧结致密化过程和机理;分析了镀铜碳纤维含量以及烧结温度对复合材料物理性能、力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:石墨和铜之间界面模糊,没有气孔或缝隙,结合非常紧密,石墨的存在分割了铜基体,抑制了铜晶粒的长大;碳纤维和铜之间的结合是弱结合,界面区存在一个大约40nm厚的互扩散层。在本文研究中,SPS致密化过程包括三个阶段:一、颗粒重排阶段,此阶段起主要作用的是所施加的压力,在压力作用下坯体内部气体排出引起致密化;二、放电烧结阶段,这个阶段其主要作用的是放电热,由于坯体内部多点放电产生局部高温,并且在压力的作用下形成一个个烧结球;三、最终致密化阶段,该阶段其主要作用的是焦耳热,此时放电结束,坯体内部的烧结球在焦耳热的作用下烧结在一起达到最终致密化。在800℃时,由于温度过高,气孔膨胀,出现了反致密化现象。随着镀铜碳纤维含量的增加,复合材料的密度略有增加,电阻率逐渐减小;显微硬度是先升高后降低的趋势;复合材料的摩擦系数和体积磨损量都是先降低后升高。随着烧结温度的升高,复合材料的致密度、硬度、电阻率、摩擦系数和体积磨损量都呈先降低后升高的趋势。随着载荷的升高,复合材料的摩擦系数变大。
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