tilt3gtsiclt2gt弥散强化铜基复合材料的制备和性能研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要石墨弥散强化铜合金是一类广泛使用的电接触材料，由于其具有良好的导电性、导热性以及石墨带来的自润滑性能等而被用于制造电力机车受电弓滑板。然而，也正是由于石墨性软以及其热膨胀系数跟铜差别比较大，导致其在抗拉伸、冲击等力学性能方面存在一些不足。Ti3SiC2是一种新型的结构陶瓷材料，由于其兼具了金属材料和陶瓷材料的诸多优异性能而成为近年来材料研究人员研究的焦点。Ti3SiC2的常温电导率是9．6×10缶Q-1．m～，这比石墨大了近两个数量级。在25～1000。C的温度范围内，Ti3SiC2的热膨

2、胀系数是(10～11)X10击℃～，这与铜的热膨胀系数17×104℃。1比较接近。Ti3SiC2的抗压强度、杨氏模量以及硬度分别是900MPa，326GPa，4GPa。更为重要的是，Ti3SiC2在1300℃时具有很好的抗氧化能力，远高于石墨。正是由于具备这些优良的性能，Ti3SiC2被认为是能取代石墨作为电摩擦材料最好的选择。本文用Cu粉和Ti3SiC2粉，结合热压烧结的工艺方法，成功地制备了Ti3SiC2弥散强化铜基复合材料—_Cu门ri3SiC2。文章通过在改变增强相Ti3SiC2的含量，分别为5vol％，10

3、vol％，15vol％，20vol％，25vol％和30vol％，来制备不同的复合材料，通过性能分析得到最佳的强化相含量为15vol％。另外通过比较在不同烧结工艺下制备的试样，得出最佳烧结工艺为900℃，压力30MPa，保温2h。对性能的测试结果表明，随着Ti3SiC2含量的增加，材料的相对密度降低，在烧结保温时间上也是随着保温时间的延长，晶粒在长成之后的继续不规则长大，造成致密程度降低。Cu／Ti3SiC2复合材料的电阻率也是随着Ti3SiC2颗粒的增多和保温时间的延长而逐渐降低。通过对试样在不同温度热处理后的硬度

4、测试，只有Ti3SiC2含量为5v01％的Cu／Ti3SiC2复合材料的软化温度低于9000C。通过对比，得出Cu／Ti3SiC2与Cu／石墨复合材料的摩擦系数与之相当，但是在抗压强度和硬度等力学性能方面要好一些。通过对Ti3SiC2颗粒表面进行化学镀铜处理，再与cu粉混合制备出Cu／Ti3SiC2颗粒增强复合材料，通过与用未经处理过的Ti3SiC2颗粒制备的Cu／Ti3SiC2复合材料进行对比。从材料的显微结构照片和断口照片上可以看出，在cu基体中加入镀铜处理的Ti3SiC2颗粒，可以改善基体与增强相之间的润湿性，

5、使增强相均匀分布在基体材料中，形成均匀的颗粒增强复合材料。从而提高了Cu／Ti3SiC2复合材料的致密程度，材料致密度的提高也就表现在材料的导电武汉理工大学硕士学位论文率、硬度和力学性能等方面。含镀铜Ti3SiC2的Cu／Ti3SiC2复合材料的相对密度的变化趋势与含未镀铜Ti3SiC2的Cu／Ti3SiC2复合材料相同，但是在相同的增强相含量下，前者的相对密度都有提高，而且在Ti3SiC2含量大于15v01％的时候，后者的降低速度明显大于前者。在布氏硬度上，两种复合材料都是在含20v01％Ti3SiC2的时候有一个

6、最大值，分别为108．4HBS(镀铜)和105HBS(未镀铜)，增强相含量相同的时候，含镀铜Ti3SiC2的复合材料的硬度比含未镀铜Ti3SiC2的复合材料明显要高。镀铜后制备的Cu／Ti3SiC2复合材料的抗拉强度最大值为312．4MPa，镀铜前制备的复合材料的抗拉强度最大值是268．8MPa，并且在增强相含量高于10vol％的时候就开始出现下降趋势。拉伸屈服强度也从镀铜前的216．2MPa提高到镀铜后的247．1MPa。关键词：Cu／Yi3SiC2，化学镀铜，性能，显微结构II武汉理工大学硕士学位论文Abs仃ac

7、tGraphitedispersionstrengthenedcopperisakindofelectrofrictionmaterialwidely．Itisusedaspantographslideplatesforelectromotivebecauseofitsgoodelectricalconductivity,heatconductivityandgoodself-lubricatingpropertyastheincorporationofgraphite．Butitstensilestrengthan

8、ddynamicductilityarenotSOgoodbecausethegraphiteisflexibleandthegreatdifferenceofthecoefficientofthermalexpansionbetweengraphiteandcopper．Ti3SiC2isanewceramicandisnOWbecomeaf