炭铜合金体系的界面行为和炭纤维织物增强铜基复合材料制备.pdf

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1、太原理工大学硕士研究生论文太原理工大学硕士研究生论文炭/铜合金体系的界面行为和炭纤维织物增强铜基复合材料制备摘要炭、铜合金的润湿性是决定炭铜复合材料制备工艺成败和性能优劣的关键，而且对炭材料与传统铜合金的连接也有重要影响。本文以炭－铜合金体系为研究对象，采用座滴法研究1300℃、真空条件和不同保温时间条件下铜合金体系在石墨基底上的润湿性，利用扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射（XRD）观察铜合金与炭的界面层结合和分析界面的物相成分。同时尝试采用无压浸渗方法制备一种新型炭纤维织物增强铜基复合材料，来满足高要

2、求的电子封装材料和滑动导电材料，利用SEM和XRD分析其复合材料的显微结构和相组成，并测定其热导率及热膨胀系数。研究表明：熔融的Cu-Cr合金在石墨板上润湿实验中，在Cr含量相同时，当保温时间从0min增加到30min时，C/Cu-Cr合金之间的润湿角降低，但保温时间超过30min增加时，C/Cu-Cr合金之间的润湿角不在降低。在保温时间相同时，Cr含量高于2%，Cr对C/Cu的润湿性影响不大。熔融的Cu-V合金在石墨板上润湿实验中，在V含量相同时，当保温时间从0min增加到30min时，C/Cu-V合金之

3、间的润湿角降低，但保温时间超过30min增加时，C/Cu-V合金之间的润湿角不在降低。在保温时间相同时，V含量高于2%，V含量可以改善C/Cu的润湿性。I太原理工大学硕士研究生论文熔融的Cu-Ti和Cu-Zr合金在石墨板上润湿实验中，在Ti、Zr含量相同时，保温时间的延长都可以改善C/Cu合金的润湿性。在保温时间相同时，随着Ti、Zr含量的提高，C/Cu的润湿性也得到改善。Cu-Ti合金和Cu-Zr合金与C的界面层结构均为C/“富铜区”/碳化物/Cu，提出了一种新的润湿机制—“溶解—反应产物驱动润湿机制”。

4、同时发现当保温时间60min，炉温为1300℃时，Cu-10%Zr与C的润湿性最佳。在润湿实验的基础上，采用无压浸渗方法制备了Cf/Cu复合材料。这是一种纤维整体织物增强铜基复合材料。研究表明：炭纤维在铜合金基体中分布均匀，基体中没有孔洞和缺陷，炭与铜两相之间形成ZrC层；随Zr含量提高，复合材料的ZrC界面层厚度增大，其热导率及热膨胀系数得到降低；当Zr的质量分数为30%，复合材料的水平方向和垂直方向热导率到达最低值分别为139W/m·K和85W/m·K，复合材料的水平方向和垂直方向热膨胀系数到达最低值分

5、别为-6-65.9×10/℃和3.1×10/℃。关键词：润湿性，润湿机制，炭纤维织物增强铜基复合材料，热导率，热膨胀系数II太原理工大学硕士研究生论文INTERFACIALPHENOMENAINCARBON-COPPERALLOYSYSTEMANDPREPARATIONOFCARBONFIBERFABRICREINFORCEDCuMATRIXCOMPOSITESABSTRACTThewettabilityofcarbon/copperalloyssystemisacriticalfactorinprepar

6、ationofcarbon-coppercompositematerial.Ithassignificantimportanceonthejoiningofcarbonmaterialswithcopperalloy.Inthispaper,thecarbon-copperalloysystemwasusedastheresearchobject.ThewettabilityofCualloysystemonthecarbonsubstratewasstudiedat1300℃anddifferenthol

7、dingtimewithvacuumconditionbythethesessiledropmethod.Inordertoclarifythewettingmechanism,theinterfacelayerofCualloyandcarbonwasobservedbyScanningelectronmicroscope(SEM),thephasecompositionoftheinterfaceofwhichwasanalysedbyX-raydiffraction(XRD).Atthesametim

8、e,anewtypeofcarbonfiberfabricreinforcedCumatrix(Cf/Cu)compositeswaspreparedbypressurelessinfiltrationmethodinordertomeetthehighdemandofelectronicpackagingmaterialsandslidingconductivematerials.Microstructurea