TiB2/Cu复合材料微波烧结工艺及性能研究
微波烧结作为一种新型烧结技术，在陶瓷领域已获得广泛应用，但用于金属材料制备则一直被认为是不可行的。直到1999年，Roy等人在《Nature》杂志上发表了有关金属粉末微波烧结的实验结果，该技术立即成为材料制备领域的关注热点。然而，目前对该技术在金属粉末冶金材料制备中的研究主要集中在于传统烧结技术的对比上，缺乏系统的、机理性的研究。针对目前微波烧结技术在金属粉末中的研究的不足，本文以材料研究领域的一个备受关注TiB2/Cu复合材料为研究对象，采用微波烧结技术制备TiB2/Cu复合材料，重点探索了相关的微波烧结工艺，探讨了铜粉及其压坯在微波场中的动力学机制，考察了微波烧结TiB2/Cu复合材料的性能，得到了一些关于微波烧结导电金属粉末冶金材料的具有理论和工程意义成果。
1、系统探讨了微波烧结Cu粉及TiB2/Cu复合粉末压坯的各种影响因素。结果表明:1）在本实验条件下，采用混合加热方式，于1000℃烧结10min，可以成功制备含不同体积分数TiB2的TiB2/Cu复合材料。烧结试样致密度均在94％以上。2）与常规加热烧结相比，微波烧结在得到更高致密度样品的同时，较大幅度地降低了能源和时间消耗。
2、探讨了微波烧结球形铜粉及其压坯的动力学机制。结果表明:1）采用混合加热方式烧结铜粉，通过考察铜粉烧结颈的长大过程，证实铜粉在初始烧结阶段过程以体扩散机制为主，其体扩散激活能约为256kJ/mol，与常规粉末烧结和纯微波烧结的扩散激活能基本一致。表明在这三种烧结方式下铜粉的烧结行为相同;2）采用混合加热方式烧结铜粉压坯，通过考察晶粒长大规律，证实烧结过程以体扩散为主，其体扩散激活能约为86.5kJ/mol，远低于常规粉末烧结时的扩散激活能，但与纯微波烧结时的基本一致。因此认为微波烧结可以促进晶粒长大，但混合加热烧结与纯微波烧结行为相同。
3、探讨了TiB2含量及其表面改性对微波烧结TiB2/Cu复合材料导电性能的影响。结果表明:1）随着TiB2含量的增加，TiB2/Cu复合材料的导电性能下降;2)对TiB2表面进行化学镀铜改性后，在相同TiB2含量下，导电率均得到提高，并随着TiB2含量的增加提高幅度也增大，最大增幅为TiB2含量10vol％时的20.0％。
4、探讨了TiB2含量及其表面改性对TiB2/Cu复合材料致密度的影响。结果表明:1）随着TiB2含量的增加，TiB2/Cu复合材料的致密度提高，但TiB2含量超过5vol％后，致密度增加不明显;2）对TiB2表面镀铜后，将影响微波烧结TiB2/Cu复合材料的致密度，使得在相同TiB2含量下，致密度有所降低。
5、探讨了TiB2含量及其表面改性对TiB2/Cu复合材料热膨胀系数的影响。结果表明:1）随着TiB2含量的增加，复合材料的膨胀系数降低;2）TiB2颗粒表面镀铜后，在TiB2相同含量条件下，TiB2/Cu复合材料的膨胀系数进一步降低，但颗粒镀铜并不改变TiB2/Cu复合材料的热膨胀行为;3）理论计算结果表明TiB2未镀铜的TiB2/Cu复合材料的膨胀系数与ROM模型计算值相符合，而TiB2镀铜的TiB2/Cu复合材料的膨胀系数与Kemer模型计算值相符合，反映了TiB2颗粒镀铜后能很好地改善颗粒与基体的结合。
6、探讨了TiB2含量及其表面改性对TiB2/Cu复合材料显微硬度的影响。结果表明:1）随着TiB2含量的增加，TiB2/Cu复合材料的显微硬度增加;2）TiB2表面镀铜后，TiB2/Cu复合材料的显微硬度进一步提高，并随着TiB2含量的增加提高幅度也增大，最大增幅为TiB2含量10vol％时的13.1％。
7、探讨了TiB2含量及其表面改性对TiB2/Cu复合材料磨损性能的影响。结果表明:1）随着TiB2含量的增加，TiB2/Cu复合材料的磨损性能提高，磨损机理也发生变化，由粘着磨损逐渐向磨粒磨损、氧化磨损过渡;2）TiB2表面镀铜后，TiB2/Cu复合材料的磨损性能进一步提高，最大增幅为TiB2含量10vol％时的75.1％。表明TiB2与Cu基体的结合状态可以严重影响TiB2/Cu复合材料的磨损性能。
微波烧结;铜基复合材料;热膨胀性能;磨损性能
南昌大学
博士
材料物理与化学
张萌
2013
中文
TB333
124
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）