大连理工大学崔童,杜善豪,钱高祥等:原位合成颗粒增强铜基复合材料的研究进展

文摘   2024-06-26 17:15   江西  


《铜业工程》2024年第2期论《原位合成颗粒增强铜基复合材料的研究进展》,由大连理工大学材料科学与工程学院崔童博士供稿。论文全部作者分别是:崔童1,杜善豪1,钱高祥2,张宇博1,3,王同敏1,3,李廷举1,3作者单位分别为:1. 大连理工大学材料科学与工程学院;2. 江西云泰铜业有限公司;3. 大连理工大学宁波研究院



内容聚焦


弥散强化型铜基复合材料,是在铜或铜合金基体中通过不同工艺技术引入细小弥散分布的弥散相粒子,大幅度提高基体强度的一种复合材料。优异的导电导热性能、高强度、良好的热稳定性和耐磨性,弥散强化型铜基复合材料是核反应堆、航空器及高端装备中各种导电导热元件的关键材料,在核电、航空、交通、军事等诸多重要领域有不可替代的作用。
目前,铜基复合材料中常见的高密度增强相包括:TiB2SiCWCAl2O3,碳纳米管、石墨烯等。常用的制备方法包括粉末冶金法、机械合金化法、搅拌铸造法、内氧化法、自蔓延反应合成法、原位反应熔铸法等。这些制备方法根据增强相的添加方式可分为:外加颗粒法和原位反应法。外加颗粒法操作简单,自动化程度高,颗粒的种类和尺寸可控,但由于外加颗粒和金属的润湿性问题,颗粒增强相易团聚,形成孔洞缺陷,严重影响复合材料的力学性能。相较而言,原位反应法获得复合材料中的增强相是在制备过程中原位生成,增强相颗粒与金属基体的润湿性好,与外加法相比具有如下优点:首先,颗粒和基体间良好的润湿性利于获得性能优异的界面性能,优良的界面结合可以使复合材料中各种应力应变在基体和增强颗粒之间实现有效过渡,从而获得良好的整体力学性能;其次,合金元素在金属熔体中分布均匀,原位生成的颗粒相分散性好,不易团聚,有益于整体性能的提升。
对于铜基复合材料而言,由于基体和颗粒的密度差较大,非原位合成法获得的颗粒更易在基体中团聚形成缺陷,而原位反应法更有益于增强相颗粒在基体中均匀分布,因此原位反应法制备铜基复合材料受到更多研究人员的关注。目前常用的原位反应法主要分为:液相反应熔铸法、喷射沉积法、自蔓延高温反应合成法和内氧化法。

图1 内置旋转磁场的真空感应熔炼炉示意图

图2 喷射沉积法反应装置示意图

图3 自蔓延高温合成反应装置示意图

图4 内氧化法制备Cu-Al2O3复合块体(板材)材料工艺流程
原位熔铸法是颗粒增强铜基复合材料最简单直接的制备手段。在熔炼过程中利用一定的元素反应直接生成强化相,基体和增强相的界面相容性好,方法简单,易于制备大尺寸工件。然而,原位反应制备颗粒增强铜基复合材料存在两个重要问题亟待解决:一是增强相的团聚问题,二是增强相的尺寸调控问题。为了通过原位合成法制备组织性能更加优良的颗粒增强铜基复合材料,本文建议从以下几个方面入手:1)对工艺参数进行改良,优化铜基复合材料的一体化制备流程;2)对颗粒的分散与生长机制进行研究;3)结合生产实际,增强超声分散的应用性。



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崔童,杜善豪,钱高祥,张宇博,王同敏,李廷举. 原位合成颗粒增强铜基复合材料的研究进展 [J]. 铜业工程,2024(2):131-138.

② CUI Tong,DU Shanhao,QIAN Gaoxiang,ZHANG Yubo,WANG Tongmin, LI Tingju. Research Progress in Particle Reinforced Copper Matrix Composites Prepared by In-Situ Reaction Method [J]. Copper Engineering, 2024(2):131-138.

doi: 10.3969/j.issn.1009-3842.2024.02.016



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