纳米La2O3增强铜基复合材料的制备及其性能研究

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弥散强化铜基复合材料因具有良好的高温与室温性能,常被应用在电子电器设备中。但由于国内对此种材料的研究起步比较晚,材料制备工艺不够成熟,其各种性能指标还有待进一步改善。本文探索了制备工艺对Cu-La2O3复合材料组织与性能的影响,以期为铜基复合材料的设计及性能改进提供理论基础和技术支撑。本文采用内氧化与放电等离子烧结相结合的方法,制备高强高导Cu-La2O3复合材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、数字涡流电导仪.以及电子万能试验机等分析测试手段,研究制备工艺参数对复合材料组织、导电性、密度与机械性能的影响规律,探究材料的增强机制、导电与摩擦磨损性能。结果表明:内氧化温度的升高会促进La2O3颗粒的形核与长大。随着内氧化温度升高,Cu-La2O3复合材料的电导性出现了先升高后下降的现象,而硬度则连续降低。内氧化温度为670℃时,复合材料的电导率高达89.34%IACS,硬度为99.54 HV。但是,当内氧化温度高于670℃后,复合材料的性能急剧下降。内氧化温度为730℃时,复合材料的电导率已经下降到69.8%IACS,硬度低于70 HV。性能最佳的Cu-La2O3复合材料(内氧化温度670℃,内氧化时间1 h,K=1.25,烧结温度为850℃,烧结压力50 MPa)的抗拉强度、屈服强度和硬度分别是Cu-La合金的1.23倍,2.2倍和1.5倍,电导率高达92.79%IACS。Cu-La2O3复合材料的增强机制主要为细晶强化和弥散强化。此复合材料中增加电阻率的主要因素有声子、晶界和La2O3颗粒,合计电阻率贡献值为1.79μΩ·cm。Cu-La2O3复合材料的耐磨损性能明显高于纯铜的耐磨损性能。随着滑动速度与载荷的不断增加,Cu-La2O3复合材料的磨损形式由磨粒磨损逐渐转化成为氧化磨损和剥层磨损。
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