尺寸混杂Al2O3-弥散铜复合材料的制备与性能

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Al2O3-弥散铜复合材料良好的电、热传导性、高温和室温强度、高硬度以及优异的热稳定性、在电阻焊电极、替代银基触头材料、集成电路引线框架等方面应用较多。国内外对其研究主要集中在制备工艺及性能方面,而对Al2O3-弥散铜复合材料的热变形研究比较少。本文采用真空热压内氧化法,在真空度为5×10-3Pa,压制压力30MPa和烧结温度950℃×2h的条件下,制备了尺寸混杂Al2O3颗粒增强弥散铜复合材料,考察了不同Al2O3颗粒含量对于组织与性能的影响;采用热模拟试验机对Al2O3-弥散铜复合材料的热变形行为进行研究,建立了Al2O3-弥散铜复合材料的双曲正弦本构方程,并利用材料的动态模型推导建立其热加工图,为该类材料的热加工工艺的参数优化提供参考;在气氛高温摩擦磨损试验机上进行了不同温度条件下的摩擦磨损试验,探讨了Al2O3-弥散铜复合材料的摩擦系数及磨损量的变化规律。结果表明:1)制备出的四种Al2O3-弥散铜复合材料(弥散铜、弥散铜-0.3%Al2O3、弥散铜-0.6%Al2O3和弥散铜-0.9%Al2O3)的致密度都在97%以上,Al2O3颗粒比较均匀分布在弥散铜基体上,显微硬度及导电率分别为162.5176.5HV,63.858.1%IACS。导电率随着Al2O3添加量的增加而略有减小,显微硬度随着Al2O3添加量量的增加而有所增大。2)Al2O3-弥散铜复合材料的热变形软化机制以动态再结晶为主,其真应力随应变量的增加均呈现先增大后减小,之后达到一个稳定的趋势;在上述实验的基础上计算出了Al2O3-复合材料对应的热变形激活能,并分别建立其热压缩形变本构方程。由动态材料模型推导计算并建立了Al2O3-弥散铜复合材料的热加工图,分析了热变形过程中的流变失稳及功率耗散系数的变化,最终提出了该类复合材料热加工的最佳工艺参数范围。3)随着Al2O3颗粒添加量的增加Al2O3-弥散铜复合材料的摩擦系数有轻微的增大,磨损率有下降趋势;随着温度的升高,Al2O3-弥散铜复合材料摩擦系数和磨损率有降低趋势;温度超过300℃,其摩擦系数与磨损率急剧下降,其磨损机制从粘着磨损和磨粒磨损转化为粘着磨损、磨粒磨损与氧化磨损机制共存。
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