纤维增强cuc复合材料制备及性能研究

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1、摘要Cu-C材料是目前最具应用前景的电力机车受电弓滑板用材料之一，本文研究了Cu与C之间的润湿原理，利用Mo元素有效改善了Cu与C之间的润湿性；并对冷压烧结法制备纤维增强Cu-C复合材料的工艺过程及其对性能的影响进行了研究；通过带电摩擦试验对Cu-C复合材料带电摩擦磨损机理进行了初步探讨。选择Mo元素有效改善了两元素之闻的润湿性。用溶胶．凝胶法制备出表面层为a-M02C-Mo的石墨粉体及纤维，之后采用化学镀和电镀的方法在石墨和纤维上镀上了色泽光亮的铜镀层，最后以冷压烧结法制备出不同工艺参数条件下的Ca．C复合材料。研究了各种工艺参数(烧结温度，保

2、温时间，纤维含量)对复合材料的组织及性能的影响，结果表明：烧结温度为1153K，保温时间为1．5h时，材料组织中铜相和石墨相弥散分布，镀铜纤维的加入对材料的微观组织影响不明显。随烧结温度升高、保温时间延长以及纤维含量增加，材料密度逐渐降低，硬度值和冲击韧性值先增加后降低；材料电阻率随着保温时间和纤维含量的增加逐渐增加，而随着烧结温度的升高先降低后升高；复合材料摩擦系数和磨损率随烧结温度的升高，都是先降低后升高，当温度在1153K时，摩擦系数和磨损率达到最低。随保温时间的增加，复合材料摩擦系数和磨损率在不同摩擦速度下的变化趋势几乎相同，在保温1．5

3、h时耐磨损性能最好；随着碳纤维体积分数增加，不同摩擦速度下摩擦系数呈单调减小的趋势，且有趋于稳定的趋势，磨损率整体呈减小趋势，当纤维含量在3％时，磨损率最低。在理论分析与试验研究的基础上确定了比较合理的各种工艺参数：烧结温度为1153K，保温时间为1．5h，纤维含量为3％。初步探讨了复合材料带电摩擦磨损机理。结果表明，摩擦磨损过程中出现的磨屑主要是铜屑、铜颗粒和石墨颗粒，磨屑的主要成分是Cu、Cu20和C。在整个材料磨损过程中磨损形式主要为粘着磨损，摩擦一段时问后，剥层磨损和磨粒磨损开始出现，在整个磨损过程中都伴随着氧化磨损。关键词：受电弓滑板，

4、复合材料，冷压烧结，溶胶．凝胶法，摩擦磨损NorthwesternPolytechnicalUniversityDissertationforPh．MABSTRACTCu-Ccompositeisoneofthemostpotentialmaterialsforpantographslideplate,whichisanimportantcomponentofpantographsysteminlocomotive．TheprinoipleofwettabilitybetweenCuandCwasinvestigatedinthispaper．T

5、heelementofMowasselectedtoimprovethewettabilitybetweenCuandC．耽efabricationprocessofcoldcompressionsinteringfiberreinfomedCu-Ccompositeanditseffectonthecompositepropertywerestudied．Theweal"andfrictionmechd_rfismofCu-Ccompositewasinvestigatedinitiallybyelectriferousfrictiontest

6、．Mowaschosentoimprovethewettabilityeffectively．TheaoMozC-Mocoating"wascoatedonthesurfaceofgraphiteparticleandcarbonfiberbythesol—gelmethod,andthentheCucoatingwasalsocoatedonthesurfacebychemicalandelectricalcoatingmethod．Cu-CcompositeWasfabricatedbycoldcompressionsinteringmeth

7、odunderdifferentprocessingparameter．Theeffectofdifferentprocessingparameters(sinteringtemperature，soakingtime，contentofcarbonfiber)onthepropertywasstudied．Themicrostructureofcompositeisuniformwhenthesinteringtemperatureis1153Kandthesoakingtimeis1．511,theeffectofthejointofcarb

8、onfiberoncompositemicros自ructureisnotobvious．Withtheincreasingofsint