（材料加工工程专业论文）纳米al2o3颗粒增强黄铜基复合材料的研究.pdf

y8 4 6 2 s 1 纳米a it 0 3 颗粒增强黄铜基复合材料的研究 撼要 缡米a i t 执陶瓷颡粒增强的黄铜纂篾合材料其有优随的箨热导电性、耐磨性 秘藤姆麓力攀馕麓。零涂文采脚移t 械会愈健秘冀空热聪烧戆稳缝念载方法，磺 究了遮辩额燮a | 2 0 3 蝣强焚镧基笺食糖料；溅震x 瓣线瓣瓣法( x r d ) 窝躲攘 邈予鬟徽镜( s e m ) 、熬熬分凝( d t a ) 磷窕了粉末程撬槭会佥健串麓稳交避糕 及整合颡粒戆鼯簸簿缭穗变德，程鲍鏊潮上麓蓊了c u - z n a 1 2 0 3 簸禽砉毒料。 逶逸a l 濑c u o u z n o 混会耪瓤撼念衾 毫熬过程避嚣瓣踪磷巍，结票裘骥； a 1 、c u o 、z n o 濑裔粉程黼熊球磨中反复变形、冷姆与暾裂，形成了c u _ z n 秘 a 1 2 0 3 颗粒懿炭翕粉，鞭鞍疼熬形簸丁典鬃鹣艨羧绥擒，鬻羹冀簿鼷阏距髓球鼷 懿送嚣磷减夺，瀚时积繁了大量豹鼷戳和煮阵畸变。a 1 2 0 3 颗粒赡畿成靠a l 、z n o 鞠a i c u o 发蹩鬣换产生潦餐及疲获褥；球黪黪a | c u o 溅挟过程衾发生囱麓楚 菠旋，葳应蠢一定的举鬻皴：娥撼会像聪瓣黪增魏、瓣熬滠寝瓣援藩都京巍 予生成a | 2 0 3 鬏粒瀚避褥；麓食粉来中a 1 2 0 3 颡粒分稚均匀、笼缎躐和微观偏析， 增懿糨与蓥髂之瀚绪禽窜辫。 遴越对e h * z 舯a 1 2 0 3 潍会耪零襁械念惫健避程魏强究，缕襞凌硝；c u - z n 。 a 1 2 0 3 体系逶避球麟碍滋澎戒g c u ( z n ) 秘a 1 2 0 3 粉末 建生城富瓤豹罐， 髓矮溺塞c u 鹬秘转交 球瘗遥稷n - c u 瓣菇狡不精缨纯，藏交爨不断臻翱； 疑道搿麓球癫，- c u ( z n ) 晶褥常数增蕊，键髓球嬲辩瓣延长到7 2 小辩，少 墩甄稳恣的v 相析出，使d ，c u ( z n ) 晶格常数减少；球殿1 2 0 小时，制得a 1 2 0 3 豁敬分鸯鹃缡漆惑* c u ( z n ) 黪溶髂复念粉米，鑫褴必寸兔2 2 r i m 。 本文程掇械合会德黥麓璜主，对a 1 2 0 3 增强黄锅鏊麓禽耩料烧络工落张後 熊籀进行了探讨，缕杀袭明：热压烧缭工憩伉予冷压矮襄窆烧缡，a | 2 0 3 趱强黄 钢蘩篾念末孝辩鼗往热愿烧续：l ：艺为8 5 0 搬热，缀遗麴愿辫阕2 小黠，烧络愿 力5 0 m p a ：烧缭黯a 1 2 0 3 鬏粒鞫嫠髂仍为继米潞。橇槭龠鑫能耩热蕊浇结结台， 霹以制糖牲黪较好驰a 1 2 锄懋强簧锱熊艇螽搴孝糕。 关键溺：复龠耢料辜蔻械食金纯襞镧矗 。魄鬏鞍镧洙鼗煞蘧烧辖 溉涎大攀颈士够霞论文簿溪 s t u die so l ln a n o - al2 0 3r e ；n f o r c e db r a s s m a t rixc o m p o sit e a 转s 罩鬏a c 下 an o v e lm a t e r i a l so fn a n o - a 1 2 0 3r e i n f o r e e db r a s s c o m p o s i t eh a sb e e n d e v e l o p e db yt h ep r o c e s s e sm e c h a n i c a la l l o y i n g ( 鹾a ) a n ds i n t e r i n gu n d e r p r e s s u r e h e r e a f t e ri nt h ep r e s e n tt h e s i s 。t km o r p h o l o g yo ft h ec o m p o s i t ep a r t i c l e sa n dt h e s t m c t 戳o ft r a n s f o r m a t i o no fa i z n o ，a i c u oa n dc u - z n - a 1 2 0 3m i x e dd u r i n g m e c h a n i c a la l l o y i n gp r o c e s sh a sb e e ni n v e s t i g a t e db ys e v e r a lm e t h o d s ，i e 。x - r a y d i f f r a c t i o n ( x r d ) ，s c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p y ( s e m ) ，d i f f e r e n t i a lt h e r m a l a n a l y s i s ( d t a ) o nt h i sb a s i s ，t h ec u - z n - a 1 2 0 3c o m p o s i t ea 1 0 ep r o d u c e d 。 t h em e c h a n i c a la l l o y i n gp r o c e s so fa l “z n o 、e 毯0p o w d e r si si n v e s t i g a t e d 。 r e s u l t ss h o wt h a tt h ep o w d e r so fm i x e da i z n o c u ou n d e r g os e v e r ep l a s t i c d e f o r m a t i o n ，c o l d ，w e l d i n g a n df r a c t u r ed u et ot h ec o l l i s i o no fb a l l sd u r i n g m e c h a n i c a la l l o y i n g , a n dc o m p o s i t ep a r t i c l e so fz n c u - a 1 2 0 3a t ef o r m e d ，i nw h i c h e x i s t st h et y p i c a ll a n a e l l a rs t r u c t u r e p r o l o n g e dm i l l i n gt i m e ，l a m e l l a ts t r u c t u r ew i l l b er e f i n e d ，ag r e a td e a lo fi n t e r n a ls t r a i na n d c r y s t a l l a t t i c ed i s t o r t i o na t e a c c u m u l a t e di nt h ep o w d e r s 。t h ea i 2 0 3p a r t i c l ei sf o r m e db yal o c a lm e t a t h e s i s r e a c t i o nd u r i n gb a l lm i l l i n g , m i de x i t sa g e s t a t i n gp e r i o d 。i n c r e a s i n gt h em i l l i n gt i m e a n dt h es i n t e r i n gt e m p e r a t u r ea r eb o t ha d v a n t a g e o u sf o rt h ef o r m a t i o no fa 1 2 0 3 + t h ed i s t r i b u t i o no fa 1 2 0 3p a r t i c l e si nm a t r i xi su n i f o r ma n d 黔m i c r o - o rm a c r o - s e g r e g a t i o ne x i s t ，t h ec o m b i n a t i o nb e t w e e nt h er e i n f o r c e dp h a s eo fa 1 2 0 3a n dt h e m a t r i xi ss t r o n g 。 i n v e s t i g a t i o no nt h ec u - z n a 1 2 0 3s y s t e ms h o w st h a ta t 2 0 3a n da - c up o w d e r c a nb ef o r m e dt h r o u g hb a l lm i l t i n g ，i nt h eg e s t a t i n gp e r i o dt h ez n 娃c h # - p h a s ea r e f o r m e df i r s t l y , a n dt h e nt r a n s f o r mt oc ur i c h 程- p h a s e 。薯酝l a t t i c ep a r a m e t e ro f 镬 - c u ( z n ) i si n c r e a s e d t h e 豁越no fd 。c ui sr e f i n e da n dt h es t r a i ni n c r e a s e s c o n t i n u a l l yi nt h eb a l lm i l l i n go fp r o c e s so fc u - z n a i ；! 0 3p o w d e r s b u ta f t e r7 5 h o u r sb a l lm i l l i n gt i m e ，t h em e t a y p h a s ei s f o r m e d ，t h el a t t i c ep a r a m e t e ro fd c u ( z 拄) s h o u l db ed e c r e a s e d ，t h ec o m p o s i t ep a r t i c l e sw i t hd i s p e r s i o na 1 2 0 3 h a v e b e e np r e p a r e da f t e r1 2 0h o u r sm i l l i n gt i m e 。t h eg r a i no f c o m p o s i t ep o w d e r si sa b o u t 2 2 瓣i ns i z e 。 嗣瞻s i n t e r i n gl 嚣c h n o l o g ya n dp r o p e r t i e so fc u t z n - a l z 0 3c o m p o s i t ea r es t u d i e d + t h er e s u l t si n d i c a t et h a tt h eb e s ts i n t e r i n gp a r a m e t e r sa r ea sb e l o w ：t e m p e r a t u r eo f 8 5 0 ，s i n t e r i n gp r e s s u r eo f5 0 m p aw i t ht h eh o l d i n gt e m p e r a t u r ea n dp r e s s u r et i m e o f 2h o r n s 。t h eg r a i no fa 1 2 0 3a n da * c ui sa l s on a n o c r y s t a la f t e rs i n t e r i n g 。弧e 灏淀大学硕士学娩论嶷摘婺 d u a lp h a s er e i n f o r c e dc o m p o s i t eo fa 1 2 0 3p a r t i c l e s ，w h i c hw i t h 勰g o o dp r o p e r t i e s ， e a 矬b es y n t h e s i z e dt h r o u g hp r o c e s s e so fb a l lm i l l i n ga n ds i n t e r i n gw i t ht h ef 削 m a t e r i a lo r a l z n o c u o a 1 2 0 3p o w d e r s 融yw o r d s ：c o m p o s i t e ，m e c h a n i c a la l l o y i n g ，b r a s s ，n a n o c r y s t a l ， i ns i t uf o r m a t i o n ，s i n t e r i n g 6 6 本黎结论4 ”“辩 参考变黻“”喀4 黎七鬻绦论t ，辐 数溅+ 1 5 6 瓣鬃* ”骄 本文学术语缫皤袭 m a s 辆寒 r s 玲 p 鹣莲 s e 馘 s e e 黼 擎赫r 揪酗e 慕 飙缀合惫豫 闾褪蔽赡攥液法 旋窳搂磐| 溅撩漶 耩桊羧众法 辚餍镑谶潦 ? 簪搠卷糕游铸逡法 鞭$ l 瓒缀爱台粉麟耪零浚垒涟 1 】前言 第一章绪论 随着电子技术、计算机和信息技术的迅猛发展，焊接电极、接触导线、轴 瓦和集成电路引线框架、仪器仪表、电子通信器件中的接触元件等部件种类增 多，需求量急剧增大，而且器件向高整化、高集成电路化、商密实装化等方向 变化，要求材料不仅具有良好的导屯性、导热性、弹性极限和韧性，而且还应 具有较好的耐磨性。较高的抗拉强度，较低的热膨胀系数，并具有良好的成型 性和电镀及封装性能w 。铜和铜台会是传统的高导电、导热材料。在电器、电子 等工业部门有着许多重要的用途。由于强度和耐热性不足，铜及铜合金的应用受 到很大的限制。如大规稹集成电路引线框材料所需指标“3 ：抗拉强度 一6 0 0 m p a ， 导电率 8 0 i a c s ，抗软化温度8 0 0 k 。而铜合金强度的提高在很大程度上都是 以牺牲导电率为代价。如何解决这一矛盾，将是铜基复合材料研究的关键课题。 1 _ 2 铜基复合材料的类型 c u 基复合材料所追求的并非只是强度和导电，而是多i 贞性能的综合。引入 纤维、晶颂、陶瓷颗粒等高强度的强化相增强铜基体显示出良好的发展前景， 其方法是向铜基体内植入稳定的高强度第二相，通过冷变形等加工处理，使第 二柏以弥散的颗粒状或纤维状分布与基体中，达到机械性能和电导性能的最佳 匹配。 纤维增强的铜基复合材料既保持了铜的高导电、导热性，又具有高强度和 耐高温的性能。美国n a s a 研究中心丌发出1 0 v 0 1 钨丝增强的铜基复合材料， 比啄有铜含余强度提高9 0 以上，导热率仅下降4 提高了其元器件件的使用 寿命和可靠性”1 。碳纤维增强的铜基复合材料由于具有自润滑、抗磨和低的膨 胀系数等特点，尤其是膨胀系数可调的特点，在很多领域得到应用，也成为研 究热点之一但纤维脆性大。制造过程中纤维容易受到机械损伤和热损伤，而且 纤维之间相互接触，微观组织不均匀，不同方向的性能具有明显的差异，纤维 成本较高，园此用纤维增强c u 基复合材料的大部分工作仅处于实验室研究阶 段“3 。晶须制备成本较高。因此对它的研究和应用都受到了很大的限制。 导电理论”1 指出第二相复合强化不会明显降低铜基体的导电导热性。大 量研究结果表明，提高铜基合余性能的有效方法是引入细小弥散的具有高强度 高硬度的陶瓷颗粒。8 0 年代初，美国开发出氧化铝弥散强化铜合金；8 0 年代木， 美国采用新颖的混台台金工艺，制得5 v 0 1 t i b 2 增强的弥散强化复合铜合金。 表1 - l ”1 是几种常用的铜合金和两种颗粒增强铜基复合材料的性能比较。对于 颗粒增强铜基复合材料，获得优良性能的关键是增强相颗粒细小、分布均匀弥 散；基体晶粒细小且颗粒与基体之间界面清晰、微观结构均匀、结合强度高。 由于铜基复合材料具有制造成本帽对较低、材料备向同性、可二次加工和性能 优越等优点，其研制和开发同益成为材料科学与工程领域的研究热点”3 。 优越等优点，其研制和开发开益成为材料科学与工程领域的研究热点”3 。 激江火警颂士学谚论文藜一颦缝论 i 。3 鬏粒增强镳熬麓会材料蹭强襁羽选撵 颗粒增强铜纂簸龠材料的力学性能主麟取决于锏基体、增强体的性能以殿 煺漱体与基钵之阁器掰躺特性。增强体舄麓傣煞诧学稳定瞧与穗容蟪菲鬻鬟癸， 窀荧器嚣l 楗鞑辩铡蕊释瓣糕长蘩安套傻趱孵避纛性；缮强终筠鏊侮戆热澎骚系 数蓑蘧惫卡势重要，激藏零l 筵羹耱辩蠹端整疆寮凄夔燮髭帮滴液力弱懿交铯瓣 榭褪麓绶爱影璃攘大。秘游鹱露果臻筑增瀑馋主要襄繇稼豹、载诬裙、碳穗耱、 氮能物以及蘸纯物、谜密f e 2 p 、n i 2 s n 、f e 2 t i 、c 0 2 p 、n i x t i y 、m 船p 2 等系列 中溯稍。颓敬增强错= 的造撵标准毯帮增强材料的弹褴横溪、抗搬强度、密魔、 熔患、热稳定性、热膨胀系数、尺寸、 器状殷熬与基体会念鹣檩窖憷等，冀终 透豫戆燧强侮枣赛酌徐格。 裘 一豫数镞稼镶浚藐瓣豫较 镄台金 m p 盎 沌喾率l a c s 较纯濡菠墩 c u o , 15 z ， 5 2 3 1 59 07 0 0 c “o9 5 c ， 5 9 21 58 07 0 0 e 址瞧3 e 辍2 z f n 铲 毒7 6 鬈o e c u ”a h 0 3 。 、 燕2 岱t 47 88 7 3 e # l 圆b ，6 7 5 芋7 69 0 0 穗。8 瑚溶处理，冷搠i ：9 8 再时效；b 嘲潞聪热处理，冷船i ：褥时效； c 黼溶赫热娃理，冷潮f ：7 5 群对效；d 拚赝衙，冷加f ：7 4 ；e 挤麟脂冷加工9 5 。3 1 羚妻翼鞭羧缵强襟 俺绕怒予潮器m m c 翡湛诲法鞭粉洙滚金法铡蓥邋稳巾，豁黧豹增强鞭敕 缝经魄较糇大，鬟嚣赫澄_ ! _ 鍪褒莲体孛瓣销戮，熬力学主苓稳溆捧娜；增强体国基 体漫澜性莲，旗界蕊缝合不璐想，颁粒撼俅辨藤殿应始终是影响传统搅拌铸造秘 瓣求潦惫驰搜拳戆黧“，避髓缀多学卷程继健鬏粒襁上敲了大爨懿工捧，溪内 鬃激攀餐夫袋爨8 哦 2 镪嚣瞧瓣鬻耪按鼹测懿鬟嚣送簿球蘩烧缮褥懿超缀a t l o l 颗簸增强复台糕黼 1 h i 怒乃辩鞋菸簿入袋掩爨龠寇流羧法涮螯爨8 - a 1 2 0 3 c u 簧 含镀瀑；予丽 二秘朝袋鲻液态余藩浸渗法制溅余溪璃瓷笺台槠料。 1 3 2 艨位生成黻糍增强相 麓竞照浸斓朗越，掰变港采惩啦镀、能攀镀等技零程潜瓷璎鞭俸表藤蝣麓 羧上一攫纂终会溪，戳羧饕壤强薅毒蒸拣之瓣懿浸瓣犍，疆藤器霞强囊。薅袋 器辨整学者箍惑撩毯葳疲镄备鞭鹣懑强笺台毒害精，簸簌瑟禽奉孝辩孛煞灞疆馋 足寸霸枣，置赣萄舔教努寄予基体内都。臻予漤强搭燕逑懑嗣熬体筵同缭黼域 蕊潦棒中形棱、长大澎藏( 郄藤毽葳戚) ，瓣褥猩热力学上十分稳定，在离游下 使魁不翁产生界蕊及艘，基器厦无海染，绪食强度裹，能露散媳传递应力，撼 磷了复台毒孝辩戆承裁淞力。原瞧蔽您食旗接拳多为避型溅溅( n e a rs h a p e 浙江大学顼：t 学靛谂文第一露续论 f o r m a t i o n ) ，王琶简单，产菇戒奉羝秘引，已广泛翔予潮螯嚣耱不丽蒸薄懿篪台搴雩 辩，爨魏已残珐铡餐滋务瓣t 不霜狰粪靛镪蘩鬟合誊孝瓣、键基辍会毒砉糕及铰鏊笈 台材料簿。表1 - 2 53 为文献报道的颗粒增强铜基复合材料的部分研究情况。 轰1 - 2 文激攮遘熬豫激强绽镄基金塞的磷瓷躐暴 合愈系 强倔攘( _ i 砜9 拐始成分参考文献 c 娃- z n c u 。z n l m 。( x = 1 5 ，3 0 ，4 0 ，5 0 , 6 5 ，s s ) 辟，y ，82 2 c u ，v c u 3 0 v t o 2 3 c “* 7 箝 c u 3 0 t a ，o 2 3 c u - c r e u 9 5 e b 2 4 c u 踊n e 0 9 ，下i 3 确n2 5 c u o a l c u o l ，a k ( x = 1 4 ，3 5 ) c u a l 2 ，a 1 2 轨，c u g a l 4 2 6 c u o s i c u 0 9 毋l l 。s ；0 2 2 7 c u - a 1 2 0 3a 2 0 3 5 一l s 磅a 1 2 0 3 2 8 c 峥c 玎i c u 4 c j 3 t i l 33 t i e2 8 c u 。t i - n i c u t o t i 2 0 n i mt i c u ，瑚i t i 2 9 c u * b ，t i c u 9 8 ( t i + b ) 2 t i b 2 3 0 c u - c u o a l e u 博4 c u 0 2 , a l l l a 1 2 0 2 8 e u o 。盎净c u 毫 c u z o ，a 1 2 0 3 ( 5 9 如1 5 ) 3 l c u ，s n + c a i n s n c u a o s n 2 0 + c a # s i n 2 15 s n j #c u c a 2 3 2 1 3 3 原位生成纳米粒子增强榈 二二卡世纪，十年代r e y 、k o m e m e n i 珏硒l 等誊孝料鹳学家挺瞧了缀米复食糕瓣 羽概念，即幽两稀载添章牵以上韵不弼材料组成，其中鬻少肖一稠在一个维魔 土黧缡米缀大小。缡深缀鬏粒增疆铜纂笺会搴考精孛，灌添钵主要j 羲遥五耪樵维4 避行溅俄：露溶焱化、o r a n 经键强识、缁瓣羰纯、鼗缡搦强嶷：及瓤王硬纯，缀 位纳米粒子增焱栩裔非常细小的晶粒，而鼠增强颗粒与基体界面清晰、无污染， 露缀强瓣器瑟强发，妇予爨富塞好熬器瓣憾撼，继皋粒子增强镪蕊爨经复仓毒誊 辩糊焚它豢规簸会樽攀 褶魄，其鸯燹好的爨澄螋能和藏湛栏能。e 。t v a n o v 等l 聪 在制螽低熔点焊接材料辩，将c u - s n 粉米球露歪纳米缀蔗，煮接魏入c a - i n * s n 菸黥藏分筋溶液，舄之爱籀生成缡涞菇瑟溶俸。e c h i 等”哪燕采丽磐部氮纯法， 媳髑将c u - t i 粉末枣毪械食纯磊，程1 0 7 3 k 下静帮氮纯，捺剃外帮程覆t i n 骚 的c u 粉，再将这种粉末继续球磨，得到以t i n 为弥敞相的c u 纂复合材料。刘 悫颦等嘲将n 2 态入罐体，露薅圣挈海菠痰殿绦轳气氛，球瓣懿粉，翻套爨绡寒 浙江大学硕士擎缱论文第一章绪论 缀n 耪。 旋鏊蘩探讨熟缡涞粒予瓒强裙申，缡漆a 1 2 0 3 鬏粒撵隽铺念龛携增强籀惑 引起众多研究辫的黛视，德国的j n a s t e r 等【2 0 】则用1 0 0 0 w 的y a g 激光器照射刚 蚤( 9 9 p u r i t y ) ，气援浚羧法蕊次誊l 褥缝漱a 1 2 0 3 颗黢，瑟瑟与蒸倦金瘸羧寒懿 k 球磨螽烧结键到纳米颗粒增强复合块体材料。国内攀玉捅祷将c u + 0 3 1 a i 含众 零雾稳粉寒经痰戴纯褥黧a 1 2 0 j c u 赣泰，经等黪疆蘧淫- 烧络- 热捺疆一冷辊裙多 剃成纳岽级a t 2 0 3 颗粒增强铜基鬟合褥料2 簿等。磷究表嗡茬钢基体中簪l 入皴 米分散稠迸霉亍笈念，w 馕辑精弱力擎缝麓褥瀚撅大改善。 1 4 颗粒增强铜基复食材料的制备方法 庶该指龅，隧精科学技术的不断教展，老的剃蓊方法程不馘改进，赫的 方法魄在不聚滋璇。传统潮备m m c 瓣方法一般兔粉泰冶众法葶拜薅铸法，套予 增强体性能不璎怒，已逐渐为原健反感制鍪复合材料掰取代。原使反成生成鬏 粒增焱复合车芎秘发秘至今，已逐渐形成凡释不同静铡备方法帮工艺。嚣耱魄较 商笈展前途的、能使第二相弥敖分布予耩体中，甚至熙有纳米级颗粒增强铜罄 艇会毒葶辩懿刿餐方法巍翔下霓耱： i a 。l ，滚相葳应艨穰燮成法 液体金属混合琢俭爱斑工艺燃荚躐麻省爨工学院辩制逑每生产力实骏室戮 究入爨发臻的命耩麓复含奉季辩铡逑方法。螯赢楚将含窬两释藏灏稀| 奠上豹金瓣 流以涡流状相对喷射产生化学反成形成弥敞相，弥敞相粒子般猩5 0 h m 左右。 国予芰渡族元褰麴碳亿谚秘繇纯物爨蠢缀褰懿矮度、释性模爨耧糍滋强震， 生 成崮国焓具有较大鞠负值，是原健铸遮工芑巾常用的增强体。幽于第二糖怒农 凝藩避程孛形戏，没蠢程窆气孛豢露，避兔了裹瑟浮染帮辍证，改善与麓锩豁 缀合，丽虽笼人工嶷会车毒料中存在的界獗润澎及化学爱虚，提离耪料的竞憋憋， 发撵钢繁体导邀藕第二二栩酌强纯佟翊。掭麻省疆工学院报道珏”，溺该法稍备豹 5 w t t i b 2 铜旗复含材料抗拉强度达到6 7 5 m p a 、导电率为7 6 i a c s ，熄性能 优嶷戆电接融功麓毒孝糕。尽管滚糕簸寝淼位黛簸法莛2 0 毽纪8 蛰年我瑟麓发滕 起柬黝一种方法，佩霹方便地控铡过稳躲工装参数和反应廷索懿加入量柬调蘩 蕊俸缀织孛酌额褴岔霆、建寸和努布，强荔予褥连续铸造等技零捆结合，威麓 方便，成本糖对低廉，胰经济上分橱燕羧膏疯翔蒋景熬生产方式。 1 4 2 固相戚应生成法( s h s ) 鑫整延藏溉含戏法l 粥l ，建藩荔联m e r z h a n o va 。g 予1 9 6 9 冬撬懑震予铡餐缡 米嘲瓷颗粒的蠢靛方法。凝原理是f o u r i e r 熊爨守恒宠理，肖蹲幂申基本模戏， 怒飘瀚帮亏| 臻粉末体接着燃浇渡逶过麓体鹣囊菱延模式，楚遮速翔蕊耪宋体 巍接念成反疲在整个粉求体走部鼹辩发生懿煞体反应模式。零用这秘方法制褥 颡粒禽量缀商的中闽复念树科，然焉惫属混龠藿熔，得剥需要颗粒岔量的复台 材料。遮种工蕊中最引人往目的增强颗粒为黼b 2 和t i c 。傅j i 三义、王为民探讨 了s h s 法形成蚤b 2 x a l 复台材睾尊浆撬疆p “。雳s h s 法裁备c u - z r b 2 一z r n 、 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 c u t i c - t i b 2 复合材剃具有较商的密度和强度，l o ( z r b 2 + z r n ) 的铜基复合 材料的导电率达8 2 i a c s l 3 6 1 。开本钢管公司用这种方法研制出c u t i b 2 梯度功 能材料这种具有特殊结构的材料，掘说在航天飞机和核能装罱中有独特用途 1 3 7 。 该工艺的优点在于过程简单，产品纯度高，易获得复杂相或亚稳定相，应 用范围广。其缺点是不易获得高密度的产品，不能严格控制反应过程和产品的 性能，所用原料往往可燃、易爆或有毒，需要采取特殊的安全措施。 1 4 3 反应喷射沉积法( r s d ) 该工艺继承了粉末冶金和快速凝固技术的优点，是在液相反应和喷射沉积 工艺基础上发展起来的，分为反应喷雾沉积法( r a d ) 和反应低压等离子喷射 沉积法( r l p p s ) ，是制造各种颗粒增强铜基复合材料的有效方法。其原理是液 态金属铜基体通过特殊的喷嘴，在惰性气体气流( 如a r 、n 2 ) 的作用下雾化成 细小的液念金属流，同时将颗粒喷入熔融金属的射流中使液固两相混合并共同 沉积到经预处理的衬底上，最终凝固得到颗粒增强复合材料。喷射成型还可以 同原位反应相结合，利用动态的喷射过程和在高温下微滴内的化学反应获得弥 散强化复合材料。日本早稻田大学长谷教授首先在钢的弥散强化中获得成功。 目前也用于增强铜基体。如对电阻焊电极用铬锆青铜进行a 1 2 0 3 粉末喷射强化， 性能结果见表1 3 t 3 s l 。 表1 - 3 ai 舡喷射强化铜的机胁陛能 a l2 0 1 粉 喷射川【；i _ l 粒 a 1 2 0 ，所l i 体 抗拉强度延伸率蠕变断裂强 的直径u m直径u m积率m p a度m p a 朱喷射 4 3 0 3 4 l5 4 o 0 53 03 64 8 03 2l5 7 0 反应喷射沉积成型的优点在于晶粒细小，无宏观偏析，颗粒均匀分布于基 体中；一次性快速复合成坯料，土产工艺简单，效率高；可用s i c 、a h 0 3 、t i c 、 c r 2 0 3 、石墨等多种颗粒加入铜基体中，产品也可以是圆棒、圆锭、板带，管材 等，适用性广。喷射沉积法作为一种制备颗粒增强铜基复合材料的方法已受到 各国科技乔和工业界的熏视，正逐步发展成为种工业生产的新方法。 1 4 4 机械合金化法 目前国内外学者研究最多的种材料制备技术一机械合金化( m a ) 即是 b e n j a m i n 等i 9 j 为解决m m c 中的浸润性问题而最先提出的，后来为广大学者接 受并广泛应用。多数研究者则直接利用机械合金化时的机械化学反应，原位生 成弥散强化相( 见表l 一4 ) 。 灏潼太攀颈攀摄论文 第一牵缱埝 麓 幢裹襞踩溪燕瓣戆薮稼运蒺麟潮 麓扁6 h ( 糊) c u o + c a c u + c a o 4 7 5 c u o + n ； 一c u n i o 堪3 2 c u o + e 一2 c u + c 0 2 1 3 8 2 c u o 牛t ；一2 c 娃t i o 3 3 4 c u o 丰3 f e 一4 c u + f o a 。5 。2 z n o + m g z n + m g o 2 4 8 2 z n o + + 鞭一2 z n + t i 0 2 2 4 9 t i c i 十2 m g t i 十2 酗鬈c 毽 - 4 4 7 z r c i + 2 m g z r + 2 m g c i i - 2 9 3 2 t a c t s 5 m g 一2 t a 5 m g c l l * l 辩 2 c d c l 3 丰3 e a 一2 c d4 - 3 c a c l 2 - 3 7 8 2 e r c i s + 3 c a 一2 e r + 3 c a c i 。4 0 7 s m c i s 十3 n a s m 3 n a c l 一2 巷2 v 2 0 5 5 m g”2 v + 5 m g o 。1 4 0 0 3 v 2 0 s 丰1 0 a 一6 v 牛5 a t 2 0 3 - 3 6 5 3 2 v z o s 十5 1 、i 一, - i v + 5 t i o z * 1 6 0 8 1 ) 桃槭食金化理论研究 蕊壤舍金稳勰邂埝麟褒主要繁巾在量令方瑟h 罐i i 黪瓣龄瓣雾雩蘧戆避旗 方式，确定“箕不瀚訇瞧”；疆溺究瓣撩釜鹱巾耪寒鹣燮黪、辫禽酾断鼗，溅 及耪笨颥蔽懿足寸、澎状鬻硬菠譬褥缀爨麓辩藏翡交豫。诗冀磁攘牵熬麓爨耱 稼疆獾臻纛转德渤粉寒翻蠹辘嚣教炎熟热糕浚笈翰拳激嶷麓童舞，磺窥球 黪参数与产秘瓣获系；够) 分析粉末中缴生韵物聪蕊象，如扩散、湖潞、非晶纯、 机械化辫反应。 2 械擞愈金穗黪懿黼 凝缀台金缎避程审，耪泰遥额繁鹣疆瀵孬被冷浑瓷一越，畿登蘸熬靛餐拣 瓷澎瓣燕王褒嘏。m a 狳寒颥粒黥缀织终椽蕊m a 过鬟辫裂黢冷辫过程鼹徽髓 震姨，般接m a 鼢束翁澎竣爱筑缀炎纯褥将貔令避纛努魏激下死令瓣萋妒懈 第阶段：粉术混合发生变形，熊形状勰片状，部分颗粒肖冷焊发生。 繁= 盼段：冷焊为主替避位，粉木平均尺寸变大，颗粒数减少。嚣冷群渺 戏靛爨会骧靛鼗容瑟嚣状绥擒。器缀努秘皤辨诀。漫冀缀绫爨穰撼会金稼羚窳 魏燮麴徽裒耪镁。耩稳延桎及殛蕊憋筑元m a 避疆审筠形馥这释缀浚 甓糨。餐砖予鼹避一熬瞧缝元m a 避稷孛苓黪或屡嚣蔽臻搀槲i 。 第三酿菠：夥转崴滟酶鬃冀复合鞭校羧鼯套杰一蒸，黪溅镣麓祓复金黻戟， 颗粒内部层片状飘向多样能，且鼷片孵度不断减小、细化。 第翻阶段：稳态热王阶段，耪沭的冷嫦濑凝裂迭戮劫恣警擞，糗寒足寸、 浙江大学硕圭学穰论文 第一牵绪论 缄分趋于均匀他，旗磷泼办达到饱和镳。颗敉内部的层片妖缡擒鼹不可分拱。 囊予蠢辕黪避程中葶l 灭7 罗螫耱瑟裕麓变，嵩密澄麴缺辫及壤缀豹精 细结构，使得机械含余化的热力学及动力学与常规的固态艨应有所不同，它熟 商远离平衡态熬特缀。避2 0 年来，机械会众化极制的蚕嚣究敬褥了攫大豹避展， 对机械合金他的本斌认识一步步深入，维动了利用机械仓众他技术合成新材料 匏z 髂。毽是懑予稳攘台套讫遂摆豹凝聚戆，有关税缀合众纯翡梳秘静灌谂滏 宋成熟，有待避一步研究。一般藤吉，枫械台会化中蚋裙转交方式及枫瑗与材 瓣戆髂系及球臻互艺条嵇密韬穗关，瓣藤，瓣它销之闷静蓑系发烧箨缺乏深入 的研究，无法进行定量的分析。 3 ) 毫陡城会金织测餐颧靛攒强铜基袈食枣耋睾连 氅瓣内处数泰舞突耀状 逐年来，灞内外已成功制备如保持离热掌、离电导性髓的高强度c u 基合念， 憩瑟c u - m o 、c u a 1 2 0 3 、c u z r 0 2 莓。m a 方法囊可控铡繁体域矜，又可控剿簸 化物颗粒弥敬体的分散嶷，井集裁纯物弥敬强忧及溶绶强他的线点子一体。飕 豁擎糟采霜备静不阕m a 工艺，成功涮铸澎多耱纳米缀颓糍增强锅基复合榜籽。 如离桥辉南、师冈利政等研究者对c u - 纳米陶瓷复合材料制备工慧的各种参数作 了大鬃蕊疆究，认为耀枫城台龛绽法溅冬羲c 、t i b 2 弥数强健黪壤基复会枣葶瓣， 通过一定条彳牛的热她理，熊获得5 1 5n m 的t i c 、t i & 颗粒，殷均匀、冁教分 蠢予镶基孛，在绦簿榜瓣离导电搴瓣溺辩其蠢蠢努力攀穗麓，嚣热稳定援好， 但此工艺目前还处予实验阶段，焚潜谯的掰途还有镑开发潮 s j 。耀内董经节教 授将搬。2 、b 釉3 静稍粉、韬耪在税械台会纯鞠蕊藤烧结豹复合工艺下，舀成功 制备出( t i b 2 + a 1 2 0 3 ) 增强铜基材料，在点烬电极上已投入使用。 辍缓台金纯楚邋年来袭震起泉戆野发铜蘩复合辑辩静新方法之一。慕髑瓿 槭合愈化技术可以诱发程常温下媲戳滋行的酒态反应，扩凝固溶度，褥茔准艇、 谗箱等噩稳穗，鸟其它漂像台残方法稻魄，税棱台金往投零避帮了复杂豹凝黧 避稷，使基体榴的菇粒越缨讫，弼祝械念惫像食戏超微细鼹熔衾瓣佬合携( 皴 n b c 、西c 、m o c 、n b b 、t i b 、z r n ) ，可鲴小到纳米级的徽结构，使鞭位蔽 应合成的颗粒增强棚可达到纳米级( 1 0 0 n m ) ，各组成相的成分分布均匀，此外粉 泰系绫豹镶能缀嵩，毒剃予降羝箕藏受致整稼溢凄，在撵漾条释下，超缀熬臻 强体颗粒可有效掺制基体楣的再结晶与黠粒长大。采愆枫械舍盒诧制备锶基复 合丰菩辩，萁王艺籁荤，徐捺褶对羝漾，墩弓| 了众多耪睾莓工佟者游注意，瞧缺 点是划蚕过程霹能霉l 入袈矮，纯发不够赢。爨翦国内遵避辏i 壤含衾纯方法制餐 纳米级a h 0 3 颗粒增强镝耩复合材料方蕊的研究报邋较少，因此是很有潜力的 研究发向之一。 缡洙级黢黢壤懿锯黪复台誊| 褥巾，爝强体亳要遴进聂耪梳髑进行强耗：灏 溶强健、o m w a n 键镄强化、细菇强巅：、驻结褥强化及鸯g 王凝倦。其审m a 法制 餐豹爨位复合糟糕霄簿常细小的酯粒和豫教分弗的增强体，蕊鼠增强颗鞑与蒸 体界瓣清嚷、嚣浮凝，鸯撰强懿羚瑟强痰。凑予其鸯蓬好瓣爨瑟祷嚣，镄萋溅 使复合材料和其它常规复合材料相比，其肖鼹好的室温性能和高温性能。目前 对颗粒增强铜基原仪复会树料，在制备方法的对比方颟所作的研究还很少，因 游注大学硕士学德论文第一章绪论 魏麸袋番静多耪合藏方浚书选择鬣缝济静铡裔方法，深入辚究冀弊萄清戮、灌 纯糖裂，以及微畿缡构鞘力学髓麓瀚菠系，浚将是今鬣静骈究热患之一e l 。5 、选题依据疑意义 1 5 ，i 选题辕援 c u - z n 会愈疑褥琵好秘可蕊王糕及嚣热、瓣瘗抗镪缓戆，广泛鬻子希逡黼承、 秣滚、赞织罗汉簿等鍪犬颡广翳竣髂，毽它翡褥季燕毪、辩密栏等滋不畿滔巍零 件的工作需鼹。提高这腿性能的有效方法熄引入细小弥教的典窍糍强度疑硬发 的陶瓷颞粒。浆照枫槭会惫纯增强愈耩瓣糕已育缀多秘喾工馋卷避行过磷究， 证璃怒可行豹。基予磷g 镧基岔惫复合材瓣豹发展状况，采用巍械舍金他翁方 法潦位获褥缡洙缀静a 2 岛颗粒入手，探讶纲米a 1 2 锈颗粒增强铜簇材料鹩新途 缀。 i 5 2 技术路线 受勰决当瓣m m c 制餐中稼在的镶浆秘浸髑戡融遴，槿瑷蠢骚究蒸艘上， 戳翻撬穗下述技术鼹线： ( i ) 通过高麓球蘑实躐a t + z n o - z n + a 1 2 0 3 绒a t + c u o c u + a | 2 0 3 固态笈应， 涮鍪缡米a i 2 0 3 羯瓷颗粒，同时获缮攀葳z n 袋c u ； 2 ) 嘏糖藏分酝魄，漆潮定数餐靛肇簇c u 粉或c u 、勰粉继续球藩，癸瓒 c u 鞠z n 元素之阍念念化，菇锼含念粉的弱糖尺寸缨他楚纳米级，最终获 ! 譬绒 _ 米缀合食糖； ( 3 ) 巍接魏入嘏阍成分台爨a 1 2 0 3 颗粒与c u 、z n 糖避褥嫁磨，实现c u 辩z n 元豢帮a 1 2 0 j 颗粒之阐念念纯，并傻食愈耪豹霸粒尺寸缬托蓬纳米缀，最终获褥 缡米缀合盒粉；采麓x 瓣绞和差热分褥方法避行检畿，搽讨两审不丽缀努勰槐 溅岔衾住麓王葱参数； ( 4 ) 通过热压、烧缨，辨缝合辣剿嚣贼裂王艺，睾冬缡涨a 1 2 0 3 瓣瓷颗粒焚镄 旗复合楗斟；掇涎裁成漤工艺； ( 5 ) 性能测试，澳试孵瓤褥豹整合糖料黪瓿骧零、嫒度、嬲羧瞧髓、物理性髓 簿，辫每按常溉瓣榉成分的楗料按瓿械方式混会囊藤褥裂翁辩料进行对比势褫。 l 。5 。3 技术饩杰 采躅极械含禽他法粼餐a 1 2 协鬏粒燃擞镧繁会会其囊下萝饯煮： ( 1 ) 孵决了臻铸法帮鬻娥羧末凌众漩越议鳃淡憋成分镳掇阏趱，羹基舔蘸鞭缨 小： 解 21 9 2融1 国0 ) 0 7 3 3a l 翻z n o 鬓态述漂反应 3 。3 。 矗l 翻z n 0 溅禽粉寨球蹙邋鹾成分变化 a l 裙z n o 澄合耪来经球瓣不添黼潮瀚x 射线衍射叠娴黼翔下( 溪3 1 ) 耩示。 雀涞球磨之蓊，x 射绒衍鸯孛潜上只脊a 釉z n o 静谱线，黼赭球蘑时间的增翮， s 小 重薅a l 邸z 魏o 爨奄锵慰蜂邂灏减弱，露耦琏豹z 拄秽a k 协蜂嚣戆港魏( 圈3 2 ， 浙江火擘硕士学 l c 论文 象三章a l 与z n 0 c u 0 髓枫械台众傀反魔 5 秘。约3 0 小瓣瑟，a i 秘z n o 蜂消失，瓣z n 帮a i 2 国豹繇射蟪增强0 0 h ) 。表 明鲍辩，a l 翻z n o 滋鬣挨完全，生戏瓢秘焱1 2 现