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高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金制備方法的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用

 若騰1991 2019-08-26
高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金具有良好的力學(xué)和物理性能, 被廣泛應(yīng)用于電力、電子、機(jī)械等工業(yè)領(lǐng)域。本文主要介紹了高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用, 包括高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的基本制備方法、強(qiáng)化方法和發(fā)展趨勢, 其中, 粉末冶金法作為制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅基材料的傳統(tǒng)方法之一具有明顯優(yōu)勢。在高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的研究中, 如何在保持銅合金高導(dǎo)電性的同時, 大幅度提高其強(qiáng)度, 是目前研究和制備的重要任務(wù)之一。

作者簡介: 文靖瑜 (1992-) , 女, 研究生在讀, 主要研究銅合金材料制備工藝。;

收稿日期:2017-7-6

Study Status and Applications of Preparation Methods of High Strength and High Conductivity Copper Alloy

WEN Jingyu

Powder Metallurgy Research Institute, Central South University

Abstract:

With good mechanical and physical properties, high strength and high conductivity copper alloy is widely used in the field of electricity, electron, machinery, etc. In this paper, study status and applications including basic preparing methods, strengthening methods and developing trend of high strength and high conductivity copper alloy are mainly introduced. Among all methods, powder metallurgy has obvious advantage as one of the traditional methods of preparing high strength and high conductivity Cu-based materials. In the study of high strength and high conductivity copper alloy, one of the most important tasks is to highly increase its strength while maintaining its good conductivity.

Received: 2017-7-6

0前言

銅及銅合金具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐腐蝕等優(yōu)良特性, 因而被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè), 如高強(qiáng)磁場的導(dǎo)體材料[1]、熱交換材料[2]、引線框架材料[3], 接觸導(dǎo)線等[4], 隨著高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, 對銅和銅合金的綜合性能要求越來越高[5]。主要針對于集成電路引線框架材料, 最初高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金由此被開發(fā)出來, 國外稱其為高性能銅合金 (high performance copper alloy) [6]。高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金被要求同時具有高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性 (強(qiáng)度大于500 MPa, 電導(dǎo)率大于80%IACS) , 然而高導(dǎo)電性的純金屬一般都非常軟, 比如銅、銀、鋁等。我們通過多種方法來強(qiáng)化這些金屬, 包括合金化法、冷變形、晶粒細(xì)化等, 但同時會顯著地降低金屬的電導(dǎo)率。加入適量的金屬元素會使得銅合金的強(qiáng)度比純銅多兩到三倍, 但銅合金的電導(dǎo)率只有純銅的10%到40%[7]。目前為止, 無論在國內(nèi)還是國外, 所用銅合金的高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性之間總是此消彼長, 因此如何平衡銅合金的高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性是當(dāng)前高性能銅合金材料亟待解決的問題。

1 高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金制備方法

目前一些材料研究工作者研發(fā)了多種能滿足各種需求的銅合金材料, 圖1所示[8]為主要銅合金的導(dǎo)電率、抗拉強(qiáng)度和硬度。通常, 合金的導(dǎo)電率和抗拉強(qiáng)度落在圖1的ABC右上角區(qū)域范圍內(nèi), 即被稱為高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金。以下主要介紹了高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的制備方法。

圖1 主要銅合金的導(dǎo)電率、抗拉強(qiáng)度和硬度

圖1 主要銅合金的導(dǎo)電率、抗拉強(qiáng)度和硬度   下載原圖

1.1 熔鑄法

熔鑄法是制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金最常用的方法。為了減少金屬元素在高溫熔鑄時易氧化、易燒損的情況, 將金屬塊以一定的質(zhì)量配比放在真空熔煉爐中進(jìn)行熔煉并澆成鑄錠。澆注之前為便于脫模, 在模具表面刷了一層石墨粉, 澆注后將鑄棒表面黏附的石墨粉和不光滑的部分用車床車光, 以免雜質(zhì)在變形處理中被壓入基體[9]。賈淑果等采用真空熔煉的方法制備出Cu-0.1Ag-0.11Cr合金, 鑄錠由于冷卻速度快, 在沒有完全擴(kuò)散的情況下溫度繼續(xù)降低, 使得鑄件的組織不均勻。之后對鑄錠進(jìn)行均勻化處理, 消除帶狀組織。再對合金進(jìn)行870℃+1 h固溶處理和時效處理。在較低溫度時效時, 合金的顯微硬度和電導(dǎo)率均隨著時效溫度的升高而升高, 當(dāng)時效480℃+2 h時, 顯微硬度和電導(dǎo)率為HV117和93.99%IACS, 達(dá)到較好的配合, 析出物與基體保持共格關(guān)系, 細(xì)小彌散分布強(qiáng)化合金。再進(jìn)行冷拉拔變形, 合金強(qiáng)度達(dá)到529 MPa, 電導(dǎo)率達(dá)到92.11%IACS, 能夠滿足對高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的性能要求。除了固溶強(qiáng)化和形變強(qiáng)化之外, 共格析出強(qiáng)化是Cu-0.1Ag-0.11Cr合金比Cu-0.1Ag強(qiáng)度更高的主要原因之一[10]

1.2 粉末冶金法

粉末冶金法是制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的傳統(tǒng)方法之一, 它是將具有某種特定粒度、形狀和松裝密度的粉末材料轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂懈邚?qiáng)度、高精度和高性能的材料的技術(shù), 和普通熔鑄法相比, 粉末冶金法可以有效地消除組織和成分的偏析、生產(chǎn)普通熔鑄法無法生產(chǎn)的具有特殊性能的材料, 比如多孔材料、多種含油軸承、鎢-銅合金型的電觸頭材料、金屬與非金屬組成的摩擦材料、由難熔化合物和金屬組成的硬質(zhì)合金等[11]。

1.2.1 霧化制粉

霧化法以快速運(yùn)動的流體 (霧化介質(zhì)) 直接將液體金屬或合金擊碎為細(xì)小液滴, 繼而冷凝為固體粉末。霧化技術(shù)將傳統(tǒng)合金熔煉技術(shù)與粉末冶金技術(shù)結(jié)合起來, 具有制備特殊微觀結(jié)構(gòu)和性能要求的材料的優(yōu)勢。

氣霧化法利用高壓氣體作為霧化介質(zhì)來破碎連續(xù)的熔融金屬細(xì)流, 是生產(chǎn)金屬粉末最主要方法的之一。過熱100~150℃后的金屬液注入預(yù)先烘烤到600℃左右的漏包中。經(jīng)霧化得到的粗粉末從集粉器下方出口落到振動篩上過篩, 從集粉器內(nèi)抽出中、細(xì)粉末, 經(jīng)集細(xì)粉器沉降。水霧化一般用于生產(chǎn)熔點(diǎn)低于1 600℃的金屬及其合金粉末, 高壓水流直接噴射在金屬液流上, 使金屬流柱碎裂成顆粒并快速凝固, 介質(zhì)與金屬流柱間的夾角決定了霧化效率。高翔等采用水霧化制得粒徑小于47μm的Cu-0.15%Al合金粉末, 再經(jīng)內(nèi)氧化、壓制、燒結(jié)后采用致密化處理和冷軋代替熱擠壓工藝, 得到的Al2O3彌散強(qiáng)化銅合金組織呈纖維狀且非常細(xì)小, 晶粒被拉長變形, 有較高抗拉強(qiáng)度 (大于520 MPa) 和抗高溫軟化能力。燒結(jié)態(tài)樣品中有許多孔洞以及氧含量較高, 所以電導(dǎo)率不高, 冷軋后合金致密度提高, 合金中殘留的[O]也會發(fā)生變化, 電導(dǎo)率升高, 保持在80%IACS以上, 達(dá)到高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的標(biāo)準(zhǔn)[12]。

1.2.2 噴射成形

噴射成形是在霧化制粉的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新型粉末冶金技術(shù), 利用氣體霧化產(chǎn)生顆粒噴霧, 沉積到一個移動的墊托物上, 形成快速的致密化, 從而產(chǎn)生幾乎全致密的結(jié)構(gòu), 然后對預(yù)成形實(shí)體進(jìn)行各種形式的冷熱加工, 制成各種板、帶、管、筒等異形半成品或成品, 經(jīng)過熱軋或溫軋后的制品致密、無偏析、含氧量低、晶粒細(xì)小、結(jié)構(gòu)均勻。采用噴射成形的方法制備出Cu-1.33 wt.%Cr-0.78 wt.%Zr-0.09 wt.%Mg合金之后, 經(jīng)過800℃熱軋、950℃固溶處理并保溫1 h后水淬, 再由400℃時效處理后得到的沉淀相粒徑約為20 nm, 合金組織細(xì)小, 元素固溶度增加, 材料的抗拉強(qiáng)度為523.7 MPa, 比鑄錠冶金材料的抗拉強(qiáng)度高100 MPa左右[13], 電導(dǎo)率為76%IACS。經(jīng)噴霧成形的Cu-Cr-Zr合金基體內(nèi)有大量位錯, 沉積物中發(fā)現(xiàn)有等軸晶, 這說明存在較高的殘余應(yīng)力。合金經(jīng)過熱軋后孔隙減少, 但很難完全致密化, 變形使得許多位錯出現(xiàn)在境界上或晶界內(nèi)。隨著時效溫度的增加, 析出物的體積分?jǐn)?shù)也略有增加, 均勻地分布在境界上或晶界內(nèi), 通過釘扎位錯和晶界來阻礙回復(fù)再結(jié)晶。另外, 大塑性變形產(chǎn)生的亞晶界和晶粒組織也有益于晶粒的穩(wěn)定性。

1.2.3 機(jī)械合金化

機(jī)械合金化是讓粉末通過高能球磨, 經(jīng)過反復(fù)變形、冷焊、破碎, 使元素間原子水平合金化, 以達(dá)到形成金屬間化合物和減少顆粒尺寸的目的[14,15]。

預(yù)合金粉常用到機(jī)械合金化的方法以制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金。將Cu粉、Cr粉、Zr粉和納米Al N粉 (一種新型陶瓷材料, 六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的共價(jià)鍵化合物) 混合, 在GN-2型高能球磨機(jī)上進(jìn)行球磨后, 粉末晶粒細(xì)化, 處于高能狀態(tài), 燒結(jié)溫度降低, 時間縮短。Cu粉、Cr粉、Zr粉發(fā)生固溶, 粉末合金化可以活化燒結(jié)過程。經(jīng)過壓制、燒結(jié)后得到銅合金復(fù)合材料Cu Cr Zr/Al N, 再經(jīng)復(fù)壓復(fù)燒材料的孔隙率明顯降低, 致密度提高到98%, 抗拉強(qiáng)度達(dá)到800 MPa。在復(fù)燒的降溫過程中, Cr和Zr元素的析出降低了晶格畸變, 對電子的散射作用減小, 同時晶粒隨燒結(jié)溫度的升高而進(jìn)一步長大, 晶界減少, 散射電阻減小, 電導(dǎo)率增大, 可達(dá)80%IACS[16]。

1.2.4 放電等離子燒結(jié)

放電等離子燒結(jié) (Spark Plasma Sintering, 即SPS) [17]技術(shù)利用直流脈沖電流加壓燒結(jié), 結(jié)合等離子活化、熱壓、電阻加熱的特點(diǎn), 以獲得結(jié)構(gòu)細(xì)微、晶粒均勻、致密度高、性能好的燒結(jié)體材料[18]。Wen等在800℃下以100 K/min的燒結(jié)速度對液氮球磨后的銅合金粉末進(jìn)行SPS, 保溫時間為5 min, 加載壓力為100 MPa, 制備出的Cu-30Zn-0.8Al合金晶粒的平均尺寸為110 nm, 孿晶分布在晶界中。由于晶界和孿晶界的遷移和再結(jié)晶的產(chǎn)生, 放電等離子燒結(jié)過程中的孿晶大量減少, SPS燒結(jié)樣的孿晶密度小于液氮球磨粉末的孿晶密度。燒結(jié)樣中很少觀察到第二相粒子, 其主要的強(qiáng)化機(jī)理是:沉淀強(qiáng)化、晶界強(qiáng)化和位錯強(qiáng)化, 該合金的屈服強(qiáng)度遠(yuǎn)高于商業(yè)黃銅, 達(dá)到950 MPa, 未提及電導(dǎo)率[19]

1.2.5 熱等靜壓

熱等靜壓 (Hot Isostatic Pressing, 即HIP) 是一個在內(nèi)部加熱的壓力容器中對裝滿粉末的壓模進(jìn)行致密化壓制成形, 采用柔性壓模從而實(shí)現(xiàn)各向同性的壓制工藝。熱等靜壓通常使用Ar或N2等高壓氣體對粉末進(jìn)行壓制, 傳遞熱量給粉末, 使粉末致密化。HIP技術(shù)可同時強(qiáng)化壓制和燒結(jié)過程, 使制品的燒結(jié)溫度和材料的孔隙率降低, 以提高材料的致密度和強(qiáng)度。

1.3 原位合成法

原位反應(yīng)合成法依靠合金成分設(shè)計(jì), 在材料制備過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng), 原位產(chǎn)生一種或多種高彈性模量、高硬度的陶瓷或金屬間化合物, 以增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料。不同于外加增強(qiáng)相存在顆粒粗大、界面強(qiáng)度低等缺點(diǎn), 通過原位合成獲得的增強(qiáng)顆粒細(xì)小、界面結(jié)合強(qiáng)度高、無污染、熱力學(xué)性能穩(wěn)定[20]。Zhuo等人采用液相原位反應(yīng)法制備了抗拉強(qiáng)度為568 MPa的Cu-0.9Y2O3復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)設(shè)為1 070℃, Cu-0.4Y合金經(jīng)液相原位反應(yīng)后, 晶粒形貌由樹枝晶變成了等軸晶, 得到的納米級Y2O3粒子均勻分布在Cu基體上, 產(chǎn)生彌散強(qiáng)化, 位錯多為繞過粒子 (Orowan機(jī)制) 。但通過計(jì)算得Orowan機(jī)制產(chǎn)生的強(qiáng)度增加值 (210 MPa) 小于實(shí)際強(qiáng)度的增加值 (368 MPa) , 考慮到Y(jié)2O3顆粒尺寸細(xì)小且與Cu基體共格, 所以位錯有可能同時通過切割粒子來強(qiáng)化合金[21]

2 強(qiáng)化方法

銅合金的電導(dǎo)率和強(qiáng)度往往成反比, 不論是金屬元素的加入、變形加工還是其他的強(qiáng)化手段, 都會造成銅基體中的點(diǎn)陣畸變, 點(diǎn)陣畸變增大了對電子的散射作用, 使電導(dǎo)率降低。所以往往結(jié)合多種強(qiáng)化方法, 盡可能地在保證電導(dǎo)率的前提下提高強(qiáng)度。

2.1 固溶強(qiáng)化

溶入基體金屬中的溶質(zhì)原子造成的晶格畸變阻礙位錯運(yùn)動, 位錯難以進(jìn)行滑移, 合金固溶體的強(qiáng)度增大, 產(chǎn)生固溶強(qiáng)化。一般來說隨著固溶度的增加合金強(qiáng)度明顯增加[22]。溶質(zhì)原子和基體原子的半徑不同使得基體發(fā)生晶格畸變, 而晶格畸變對電子運(yùn)動產(chǎn)生強(qiáng)烈的散射作用導(dǎo)致合金電導(dǎo)率下降, 如圖2所示[23], 所以固溶元素的添加量一般都很少。

圖2 固溶金屬元素對銅合金導(dǎo)電性能的影響

圖2 固溶金屬元素對銅合金導(dǎo)電性能的影響   下載原圖

2.2 形變強(qiáng)化

金屬或合金材料在再結(jié)晶溫度以下產(chǎn)生不可逆的塑性變形, 使得晶?;?、位錯糾纏, 材料內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力, 增加材料的強(qiáng)度硬度, 降低塑性韌性, 被稱為形變強(qiáng)化, 也稱為加工硬化。采用大塑性變形方法制備出的材料具有無空隙、結(jié)構(gòu)均勻、無污染等特性。

2.2.1 高壓扭轉(zhuǎn)

高壓扭轉(zhuǎn)法 (High pressure and torsion, 即HPT) 是一種大塑性變形方法, 在橫截面上施加一扭矩的同時進(jìn)行軸向壓縮, 同時實(shí)現(xiàn)了一定的扭轉(zhuǎn)變形和壓縮變形。

2.2.2 等徑角擠壓

等徑角擠壓 (Equal Channel Angular Pressing, 即ECAP) 是一種大塑性變形加工方法, 當(dāng)試樣經(jīng)過兩通道相交處的彎曲部位時, 產(chǎn)生純剪切變形來細(xì)化晶粒。Wang等人采用8道次ECAP+時效變形處理超細(xì)晶Cu-Cr-Zr合金, 得到回復(fù)的變形組織位錯密度降低, 晶粒內(nèi)部析出第二相粒子。室溫下對Cu-Cr-Zr合金進(jìn)行拉伸變形, 抗拉強(qiáng)度可達(dá)到636.71 MPa。先對合金進(jìn)行冷變形處理, 產(chǎn)生的析出強(qiáng)化作用大幅度提高合金強(qiáng)度, 合金內(nèi)部的空位、位錯密度和數(shù)量大大增加, 點(diǎn)陣畸變升高, 同時對后續(xù)時效處理后得到的析出相提供析出核心和析出激活能, 增強(qiáng)析出強(qiáng)化效果[24]

2.3 細(xì)晶強(qiáng)化

細(xì)晶強(qiáng)化通過細(xì)化晶粒來增加晶界數(shù)量以阻礙位錯運(yùn)動、增加塑性變形抗力以提高金屬材料強(qiáng)度。晶界對材料電導(dǎo)率的影響小于固溶強(qiáng)化對材料電導(dǎo)率的影響。金屬材料的屈服強(qiáng)度與晶粒尺寸之間的關(guān)系常用Hall-Petch公式來表達(dá)[25], 晶粒越細(xì), 晶界越多, 阻礙位錯運(yùn)動的作用越大, 材料的屈服強(qiáng)度越大。細(xì)化合金晶粒的方法有大塑性變形、快速凝固技術(shù)等。

2.4 第二相強(qiáng)化

第二相粒子彌散分布在合金基體當(dāng)中, 與位錯交互作用并且阻礙位錯運(yùn)動提高屈服強(qiáng)度, 即為第二相強(qiáng)化。其強(qiáng)化機(jī)制是位錯運(yùn)動時會繞過或切過滑移面上的第二相粒子, 這樣位錯會繼續(xù)滑移變形, 外加應(yīng)力提高, 產(chǎn)生強(qiáng)化。強(qiáng)化機(jī)理不同, 第二相與位錯之間的作用方式也不同, 可分為彌散強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化。

彌散強(qiáng)化型合金中的第二相粒子借助粉末冶金的方法加入, 不參與變形, 與基體有非共格的關(guān)系。當(dāng)運(yùn)動位錯遇到第二相粒子時受到阻擋, 位錯繞過粒子留下位錯環(huán), 粒子周圍積累的位錯環(huán)相當(dāng)于一個位錯塞積群, 阻礙后續(xù)位錯靠近。相鄰粒子間距隨著位錯塞積而減小, 增大位錯運(yùn)動的阻力, 進(jìn)一步強(qiáng)化合金。上述位錯繞過障礙物的機(jī)制通常被稱為奧羅萬 (Orowan) 機(jī)制。

而沉淀強(qiáng)化型合金中的第二相粒子是通過時效處理從過飽和固溶體中析出的, 可變形, 并與基體有共格關(guān)系。位錯切過粒子使之隨同基體一起變形, 給位錯運(yùn)動帶來困難。同時, 第二相結(jié)構(gòu)被破壞, 增加了新界面和能量的消耗, 強(qiáng)化合金材料。高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr-Zr合金是一種典型的沉淀強(qiáng)化型合金, 強(qiáng)化粒子Cr顆粒與Cu基體有共格關(guān)系且位錯切割使合金的強(qiáng)度增加, 同時這種合金將少量Zr元素加入到CuCr合金中, 經(jīng)固溶處理后在銅基體中形成過飽和固溶體提高強(qiáng)度, 時效后, 從銅基體中析出大量細(xì)小的沉淀相彌散分布在固溶體中, 這時電導(dǎo)率升高, 從而獲得高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金。綜合指標(biāo)抗拉強(qiáng)度大于600 MPa, 導(dǎo)電率大于82.7%IACS[26]。

第二相強(qiáng)化機(jī)制比較復(fù)雜, 合理調(diào)整粒子的尺寸、數(shù)量、分布等參數(shù), 可使彌散強(qiáng)化型合金和沉淀強(qiáng)化型合金的強(qiáng)度和塑性在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。

3 發(fā)展與趨勢

科技的發(fā)展促進(jìn)了銅基復(fù)合材料優(yōu)異性能的發(fā)展[27]。納米晶材料由 (至少在一個方向上) 尺寸為幾個納米的結(jié)構(gòu)單元所構(gòu)成。對于普通的金屬材料, 滿足Hall-Petch公式, 即強(qiáng)度與晶粒尺寸的平方根成反比, 因此, 常用細(xì)晶強(qiáng)化的方法來提高材料的強(qiáng)度[28]。盡管納米晶材料的力學(xué)性能遠(yuǎn)高于其通常的多晶狀態(tài), 但納米晶材料的強(qiáng)度與尺寸的關(guān)系不能用根據(jù)位錯塞積的強(qiáng)化作用而導(dǎo)出的Hall-Petch公式來解釋, 因?yàn)榧{米級尺寸的晶粒中可存在的位錯極少, 甚至只有一個, 這樣該公式就不再適用了[29]。納米晶材料的強(qiáng)化作用不同于細(xì)晶強(qiáng)化作用, 它是納米晶粒的彌散強(qiáng)化作用。由于晶界對電子有散射作用, 納米晶導(dǎo)電金屬的電阻高于多晶材料, 但碳納米管卻具有良好的導(dǎo)電性能。碳納米管因具有一維電子結(jié)構(gòu), 電子沿納米管長度傳輸呈彈道式、沒散射, 故流量極大且不會發(fā)熱, 承受最大電流密度可達(dá)1 010 A/cm。碳納米管另一特點(diǎn)是有極高的彈性模量和強(qiáng)度, 其E可達(dá)1 000 GPa, 其抗拉強(qiáng)度也高于碳纖維材料, 可達(dá)50~200 GPa。

近年來, CNTs增強(qiáng)不同基體材料的研究主要集中在CNTs增強(qiáng)高分子基復(fù)合材料中, 而CNTs增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究則較少且突破甚微。目前, CNTs增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的研究主要集中在Al基、Ni基和Cu基材料體系中。CNTs/Cu復(fù)合材料體系性能的研究則大多數(shù)集中于提高其力學(xué)性能和電學(xué)性能。Zhang等人用內(nèi)氧化法結(jié)合放電等離子燒結(jié)制得的Al2O3、CNTs/Cu雙相增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)度由203 MPa增加到208 MPa, 均高于純銅 (180MPa) , 2.0%的Al2O3和0.5%的CNTs雙相增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的電導(dǎo)率為79.8%, 大于線性加和原理得到的70.1%, 可見CNTs和Al2O3協(xié)同增強(qiáng)銅基合金的電導(dǎo)率[30]

CNTs作為增強(qiáng)體用于制備新一代的高性能金屬基復(fù)合材料, 同時保證金屬基復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電性能。但在目前, 在CNTs/Cu復(fù)合材料制備的不同階段都還存在著巨大的改進(jìn)空間, 仍有很多研究工作需要展開, 以使CNTs/Cu復(fù)合材料在多種不同的領(lǐng)域中獲得應(yīng)用。

4 結(jié)語

高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金作為一類廣泛應(yīng)用的結(jié)構(gòu)功能材料, 在許多工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)起極大的作用。但銅合金中的高強(qiáng)度一直都與高導(dǎo)電性相矛盾, 一般只能在盡可能減少電導(dǎo)率損失的前提下盡可能提高力學(xué)性能, 如何兼顧銅合金的高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性是當(dāng)前高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金亟待解決的問題。從高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金制備方法的角度分析, 熔鑄法普遍應(yīng)用于合金的實(shí)際生產(chǎn)中, 合金組織不均勻、成分易偏析, 需要均勻化處理后再進(jìn)行熱處理。采用粉末冶金法制備的銅合金組織均勻、材料致密, 可以生產(chǎn)普通熔鑄法無法生產(chǎn)的具有特殊性能的材料。采用原位合成法制備的粉末顆粒細(xì)小均勻、與基體界面結(jié)合度高, 但生成過程較難控制, 大部分原位合成工藝和應(yīng)用仍處于研究階段。銅合金的強(qiáng)化方法根據(jù)不同的應(yīng)用要求來選擇, 銅合金的強(qiáng)度增加往往是多種強(qiáng)化機(jī)制共同作用的結(jié)果。CNTs增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的同時還能提高電學(xué)性能, 具有優(yōu)異性和廣泛的研究前景。

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