掺杂 sno2-cu 纳米复合材料的制备、结构及其性能研究

《掺杂 sno2-cu 纳米复合材料的制备、结构及其性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、掺杂SnO2/Cu纳米复合材料的制备、结构及其性能研究第一章绪论1.1弥散强化铜基复合材料的强化机理颗粒弥散强化铜基复合材料中，铜基体承担主要的载荷，弥散颗粒为强化相，能够阻止位错、晶界、亚晶界等在基体铜中的运动，因此增强相的强度取决于分散粒子对基体中缺陷的阻碍能力。强化机理主要如下：金属材料的晶粒越细，在一定体积内的晶粒数目就会越多，晶界越多，因为晶界上的杂质和缺陷多，而且原子排列不规则，提高了晶界处的能量，最终阻碍了位错的通过，提高了材料的强度。霍尔-佩奇（Hall-Petch）公式明确指出了材料强度与晶粒尺寸的关系[6]。对于使用粉末冶金法生产的复合材料来说，通过制备细小的金

2、属粉末，压制烧结后可以得到细小的晶粒组织；此外细小的增强相弥散分布在金属粉末周围，烧结过程中阻碍晶界迁移，细化了基体的晶粒。伴随着科学技术的发展，颗粒弥散强化铜基复合材料凭借其优秀的物理及力学性能等综合性能会在更多的领域中得到应用[7]。弥散强化铜基复合材料具有良好的物理及力学性能，其性能的提高可以通过改变弥散相的质量分数、粒度大小、分布方式，或改变基体的成分、热处理工艺等方式来实现，，材料的可设计性较灵活，其性能兼备金属基体与增强相的优点，这些优点使弥散强化铜基复合材料具有广泛的应用前景。.......1.2高强弥散强化铜基复合材料对强化相的要求强度是复合材料在工程应用上的一个重

3、要的衡量指标，其影响因素一直是研究的热点，所以对复合材料强度的影响因素的研究是一个使金属基复合材料走出低谷获得突破的重要课题[8]。基体材料、弥散相和加工工艺决定了弥散强化铜的强度，其中弥散相所用的原料、所占据的质量或体积的百分数、尺寸大小、分布状况、形态特征以及与基体的结合情况等等这些都影响复合材料的强度。由此可以看出弥散相对复合材料的重要性。当满足以下几个方面时，可以考虑此种材料是否可以作为弥散相来使用。（1）熔点、结构稳定性和热力学稳定性高。只有这样才能保证复合材料具有良好的高温强度及稳定性。（2）具有相容性。即弥散相与基体有相近的热膨胀系数。否则在冷热加工过程中,易在相界处

4、产生应力,最终出现裂缝。（3）相界能低。要使不同的两相在界面处结合牢固,就要求相界能低，这样才能阻碍微裂纹的产生，提高复合材料的强度。（4）强化相与基体不相容,而且在基体中不容易扩散。（5）弥散相的含量、尺寸大小要合适。实验表明,弥散相的含量在1%～15%时，复合材料的性能较好。同时按照细晶强化理论，晶粒越细,材料的强度越高[9]。（6）分布状态。当细小的颗粒呈弥散分布时，有利于强度的提高；反之，若颗粒分布不均匀，甚至发生团聚时，材料的强度会下降。由于纳米材料具有许多神奇的物理化学性能，且颗粒细小，所以本实验采用纳米级增强相，用它来制备的纳米复合材料，综合了纳米材料和复合材料的优点

5、，展现了广阔的应用前景[10]。........第二章实验材料、设备及方法2.1实验用原材料实验所用的铜粉是粒度为200目、纯度大于99.5%的电解铜粉。图2.1所示的是电解铜粉的表面形貌扫描图。由图2.1可以看出电解铜粉末是一种有空隙的结构，它呈树枝状，这样方便在压制过程中颗粒之间的相互嵌入，增强了颗粒之间的联接性，树枝间相互交叉达到了很好的机械啮合效果，提高了压坯的强度和密度。纯铜的基本特性如下：颜色呈紫红色，质地坚韧，有延展性；高的导电导热率；熔点1083.4℃，沸点2567℃，密度8.9g/cm3。四氯化钛TiCl4是正四面体结构，具有高度的对称性。室温下，四氯化钛为无色液

6、体，有刺激性酸味。存放TiCl4时还会生成钛氧化物及氯氧化物，粘住使用过的塞子和注射器。四氯化钛溶于冷水、乙醇、稀盐酸。受热或遇水分解放热，生成二氧化钛固体和有毒的较强腐蚀性烟气氯化氢，生成的氯化氢会迅速吸收更多的水，生成细小的盐酸液滴。四氯化钛是生产金属钛及其化合物的重要中间体。聚乙二醇（PEG；Polyethyleneglycol）HO(CH2CH2O)nH，由环氧乙烷与水或乙二醇逐步加成聚合而成。依相对分子质量不同而性质不同，状态从无色无臭黏稠液体至蜡状固体。分子量200～600者常温下是液体，分子量在600以上者就逐渐变为半固体状，分子量1000及以上者为浅白色蜡状固体或絮

7、片状石蜡或流动性粉末。无毒、无刺激性，溶于水、乙醇和许多其它有机溶剂。具有优良的润滑性、保湿性、分散性等性能，在化妆品、制药、化纤、橡胶、塑料、造纸、油漆、电镀、农药、金属加工及食品加工等行业中均有着极为广泛的应用。结晶四氯化锡又叫四氯化锡五水，白色或微黄色结晶或熔块，微有盐酸气味，密度为2.04g/mL，吸湿性强，易溶于水和乙醇。常用作分析试剂、印染的媒染剂，电子工业中用于镀锡，还用作有机合成脱水剂，织物媒染剂。.....2.2实验设备2.2.1材料制备用设备主要包