Cu/SiC复合材料非晶相界面设计与性能研究

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SiC/Cu复合材料有着良好的力学、热学和电学性能,使其有望成为新一代“结构/功能”一体化的高性能复合材料,并将在航空航天领域发挥重要的作用。SiC和Cu界面润湿性和增强体相分散的均匀性对复合材料的性能影响很大。所以两相界面的润湿性差限制了SiC/Cu复合材料的应用。本文通过粉体包裹工艺,先在SiC颗粒外面包裹一层非晶玻璃相,再在包裹有玻璃相的SiC粉体采用化学置换法包裹单质铜。实现了SiC颗粒与Cu的均匀分散,改善了界面相容性;通过真空热压烧结实现复合材料致密化;分别用差热-热重分析仪、扫描电镜-能谱仪、X射线衍射仪对界面介质含量的相关试样的特性进行分析。通过界面成分与结构的设计,对SiC/Cu界面进行调控,实现对SiC/Cu复合材料电学性能的调控。对制备的Cu/SiC复合材料进行电性能测试,研究界面非晶玻璃相对材料高温电性能的影响。实验结果表明:在780℃下保温2h,4SiO2-K2O在SiC/Cu复合材料界面形成玻璃相。界面玻璃相的添加,可以有效改善Cu与SiC界面的润湿性,随着SiC/Cu界面组分及界面层厚度的改变,复合材料的致密度、硬度均有所改变。界面玻璃相的添加量对材料的性能影响很大,15vol.%的SiO2能制备最佳的玻璃相厚度,样品性能最好。界面玻璃相中添加La2O3,对材料硬度有一定的提高,更重要的是可以有效改善材料的高温电性能。SiC/Cu复合材料在高温下出现界面空间电荷极化现象,出现不同的高温电阻变化特征。不同界面结构,空间电荷极化现象出现不同的变化规律,对应于不同的空间电荷极化起始温度、极化强度、温度范围和不同的高温电荷扩散机理。
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