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1、氧化铝弥散强化铜的研究进展及其应用李美霞,郭志猛,赵奇特(北京科技大学材料学院粉末冶金研究所,北京100083)摘要:介绍了弥散强化铜材料的国内外研究进展,阐述了弥散强化相与基体的结构机制,分析了弥散强化铜材料的性能特点。同时,对弥散强化铜材料在各领域中的应用进行了展望。关键词:氧化铝弥散铜;进展;应用中图分类号:TG12515文献标识码:A文章编号:1006-6543(2008)01-0036-05PROGRESSINANDAPPLICATIONSOFCOPPER2BASEALLOYSLIMei2xiaGUOZhi2mengZHAO2Qi2te(BeijingU
2、niversityofScienceandTechnologyMaterialcollegepowdermetallurgygraduateschool,Beijing100083,China)Abstract:ThedomesticandforeignresearchresultsofODScopper2basealloysareintro2duced,thestructureofdispersionstrenthenedpaticlesandbody,isclarifiedindetailandfunc2tionalcharacteristicsareanal
3、yzed.FurtherapplicationsofODScopper2basealloystoeachin2dustryisreviewed.Keywords:ODScopper2basealloys;development;application早在1973年,美国就开发出了弥散强化铜,弥散强化铜的研究在一些工业发达国家已经取得重大进展,如美国的SCM公司已经研制出牌号为C15715、C15760的Al2O3弥散强化铜,其软化温度为930℃,电导率为54MS/m,抗拉强度达到540MPa。并在2001年左右就已形成日产20t的生产规模[1]。最先主要应用于军工
4、航天领域,现已广泛应用于电工、电子、汽车、家电及容器制造等领域。我国对弥散强化铜的研究起步较晚。20世纪80年代,我国许多高校和科研院所也相继开始了弥散强化铜材料的研究,并取得了一些进展。20世纪70年代洛阳铜加工厂开展过内氧化法生产弥散强化铜的研究并建立了一条小规模生产线。但由于种种原因,产品质量未能满足用户要求,成本也很高,故一直未正式投入批量生产。90年代以来,我国许多研究单位如中国科学院金属研究所、河北工业大学、上海交通大学、北京科技大学、北京有色金属研究总院、昆明贵金属研究所等也对该材料进行了研究,对添加弥散相的种类和方法进行了探讨,但多处在实验室研究阶
5、段[2]。1氧化铝弥散强化铜的制备工艺由于Cu与Al2O3的湿润性很差,Cu与Al不易形成金属间化合物,用内氧化方法来制备弥散强化铜,不仅Al2O3粒子细小,弥散分布均匀,而且制成的Al2O3有较高的热力学稳定性。所以含Al2O3的铜材最适于用内氧化制备。氧化铝弥散强化铜的制备工艺过程为:熔炼稀释的铜铝固溶合金,用高压氮气雾化熔体,从而制得粉末;将粉末与氧化剂(细的氧化铜粉)相混合;将混合粉加热到高温,铜氧化物分解,同时生成的氧扩散到铜铝固溶合金的颗粒中,铝比铜易生成氧化物,合金中的铝被优先氧化生成Al2O3;在全部铝都被氧收稿日期:2007-07-05作者简介:
6、李美霞(1978-),女(汉族),河北邯郸人,在读博士,从事弥散强化材料的研究。第1期李美霞等:氧化铝弥散强化铜的研究进展及其应用·37·化后,在氢或分解氨气氛将粉末加热,以还原粉末中的过量氧,最终制得弥散强化的铜粉。[3]观组织,如图3所示。图1内氧化工艺流程图2弥散强化机制及弥散相和基体的性质弥散强化是通过向铜基体中引入均匀细小的第二相质点,造成位错在运动时必须切过或绕过这些质点,从而强化材料。位错绕过的机制称为奥罗万机制,示意如下:图3氧化铝弥散强化铜微观结构对其中的白色颗粒进行的能谱分析结果如图4所示,由于铝只有一种氧化态,故可以判断其为氧化铝。图2奥罗万
7、机制示意图(a)位错线通过前;(b)位错线弯曲;(c)形成位错环;(d)位错线通过后如果位错以切过第二相的方式运动,那么就被成为是安塞尔-勒尼尔强化机理,这时候的材料的强度以下式表示:图4对图3中的白色颗粒的能谱分析结果由图3可见,内氧化得到的氧化铝弥散得非常好。由式(2)可以计算得到粒子间的间距为50nm左右。实际图中粒子之间的距离和这个数值非常接近。大量实践证明,氧化铝的含量质量分数可在0%-2%的范围内选用,粒子间距的范围为10nm左右。弥散相的含量、粒度和粒子间距相互是有联系的。当含量一定时,粒子越细,则粒子数越多,因而粒子间距也就越小。这些弥散相的几何因
8、素是影响材
