碳纤维增强Cu-Ti,3SiC,2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碳纤维(Cf)具有高比强度、离比模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、导热、热膨胀系数小和优良的自润滑和减摩性能等一系列优异的性能，这些性能使其成为近年来最重要的增强材料之一。碳纤维增强铜基复合材料的电导热导率高，具有自润滑和抗电弧侵蚀等优异性能，是一类很有发展前途的功能复合材料。新型层状陶瓷材料Ti3SiC2集金属和陶瓷的优良性能于一身，如低密度、高熔点、良好的导电导热性、高弹性模量、高断裂韧性、耐氧化、耐热震、易加工等。更有意义的是它具有超低的摩擦系数和优良的自润滑性能。Ti3SiC2对于Cu是一种有效的陶瓷增强相。因此在铜基体中引入一部分Ti3S

2、iC2，可以起到弥散强化的作用，使复合材料具有更加优异的性能。本论文尝试将Cf强化Cu与Ti3SiC2弥散强化Cu结合，制备出Cf增强Cu．Ti3SiC2复合材料。该材料将综合Cf、Cu和Ti3SiC2的优良性能，从而成为～种值得研究的新型铜基功能复合材料。本文开展了Ti3SiC2陶瓷粉末的制备研究。以Ti／Si／C／A1元素粉为原料，采用无压烧结的方法制备出纯度较高的Ti3SiC2陶瓷粉末。本论文用热压烧结法和粉末冶金法两种方法制各了短碳纤维增强Cu-Ti3SiC2复合材料，对Cf表面电镀铜处理、复合材料的制备工艺进行了重点研究，并对复合材料的密度、致密度、硬度、电阻率进行了研究。cf在基体

3、中的润湿性问题和均匀分布问题是该复合材料制备中需要解决的关键技术问题。采用柠檬酸-酒石酸盐镀液，可在cf表面获得优质的镀铜层，合理控制电镀工艺参数对镀铜效果有十分重要的影响。对cf、cu粉和Ti3SiC2粉进行湿混处理，可以使cf在基体中得到均匀的分散。通过对比得出，热压法是制备Cf增强Cu-Ti3SiC2复合材料的较好的方法。确定了热压制备复合材料的最佳工艺条件：当VTSC10％时，复合材料的最佳Cf含量为8％，当VTsc=15％时，最佳Cf含量为10％：最佳热压烧结温度为800℃～850。C，压力30MPa，保温90min。通过SEM分析了复合材料的显微结构，探讨了碳纤维增强Cu—Ti3S

4、iC2复合材料的增强机理和断裂机制。关键词：碳纤维／铜复合材料，碳纤维，Ti3SiC2，热压法，无压烧结法，机理武汉理工大学硕士学位论文—————__●—J————●--_-●———_—————————————————————————__—_____-—————一一Carbonfiberpossessesaseriesofoutstandingproperties，i．e．，highspecifics打ength，11ighmodulus．10wdensity,hightemperatureresistance，corrosionresistance，antifatigue，creepresi

5、stance，electricalconductivity,thermalconductivity,lowtoe筑cientofthermalexpansionandfineself-lubricating，antifriction．Itbecomesoneofthemostimportantreinforcedmaterial，Carbonfiberreinforcedcopperrhatrixcomposite，withitsexcellentpropertiesofhigheleclriealconductivity，hi曲thermalconductivity,self-lubrica

6、ting，resistingelectric-arcerosionandSOon，isapromisingfunctionalcomposite．Ti3SiC2isanovellayeredceramicmaterial，itcombinesthemeritsofboththemetalsandceramics．Ithassalientproperties，suchaslowdensity,highmeltingpoint，niceelectricalandthermalconductivity,highelasticmodulus，hi豳fracr口etoughness，疵d蕊蛳resist

7、ance，thermalshockresislauceandmachinability．Andmoresignificantly,ithasverylowfrictioncoefficientandniceself-lubricatingproperties．Ti3SiC2isapromisingceramicreinforcementforcopper．SotheintroductionofTi