原位Cu-Ti（Zr）-B颗粒增强铜基复合材料的制备与性能研究
发布时间：2021-03-02 18:13
颗粒增强铜基复合材料具有优异的导电性、导热性和延展性,同时还具有良好的耐磨性、较高的强度和热稳定性,可用于制造高压开关电触头、电磁轨道炮导轨、轨道交通接触线、高速铁路刹车片等。目前,颗粒增强铜基复合材料多采用粉末冶金、机械合金化、原位反应熔铸等方法制备。原位反应熔铸法是在熔炼过程中通过化学反应在铜熔体中原位反应生成颗粒增强相,然后浇铸成型。可以实现一次成型,其工艺简单、成本低廉,而且基体和增强相的界面相容性好,凝固成型致密度高。然而,原位反应熔铸法制备颗粒增强铜基复合材料存在着两个重要的问题亟待解决:一是增强相的团聚问题,在熔体反应和凝固过程中增强相颗粒由于降低表面自由能的趋势而倾向于聚集分布,在材料拉伸过程中颗粒团聚处会成为裂纹源,并使裂纹扩展直至断裂,严重影响材料的力学性能;二是熔铸中易引入有害杂质元素,颗粒增强相原位反应不完全时残留在熔体中也会变成杂质元素,即便是微量的固溶杂质也会严重损害材料的导电性能。因此,如何制备出组织均匀、颗粒弥散、综合性能更为优异的铜基复合材料是学术界和产业界十分关注的热点问题。本文通过原位反应熔铸法,选取Cu-Ti（Zr）-B体系为研究对象,制备了原位...
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２电磁轨道炮原理图Ｍ??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?ｒａｉｌｇｕｎ［２４］??
截止至２０１８年中国高铁运营里程已达到了?２．５万公里，占全球高铁运营里程??的三分之二。高速铁路接触网是高铁的重要组成部分，主要包括接触线、承力索和吊弦??等，如图１．３所示［２７］。??图１．３高速铁路接触网??Ｆｉｇ．?１．３?Ｈｉｇｈ?ｓｐｅｅｄ?ｒａｉｌｗａｙ?ｃｏｎｔａｃｔ?ｎｅｔｗｏｒｋ??接触线是接触网的核心，也是保证电气化铁路正常运营的关键构件，高性能接触线??的制备因此成为高速铁路发展中面临的和必须解决的关键技术。接触线通过与机车上的??受电弓滑动接触向机车提供运行动力，在服役过程中，接触线要承受高线张力、受电弓??的冲击动张力以及高速摩擦，而且接触线暴露在空气中，工况恶劣，高速摩擦过程中产??生的热量，容易发生电弧烧蚀，从而导致接触线力学性能及耐磨性急剧下降，减少使用??－４－??
基于上述三方面的考虑，针对高强高导高耐磨铜基复合材料的性能要求，本文选择??了?ＴｉＢ２和ＺｒＢ２陶瓷颗粒作为增强相颗粒。ＴｉＢ２和ＺｒＢ２都是六方晶系Ｃ３２型准金属结??构化合物，空间群均为Ｐ６／ｍｍｍ（１９１），其的晶体结构如图１．４所示，主要结构参数和物??理性能见表１．４［６Ｍ８］。在ＴｉＢ２和ＺｒＢ２的晶体中，Ｔｉ或Ｚｒ与Ｂ原子交替排列形成了和石??墨层状结构类似的二维网状结构，并且Ｂ与Ｔｉ?（或Ｚｒ）离子之间形成离子键，Ｂ与Ｂ??之间为共价键，这一键合结构决定了?丁沿２和２出２既具有金属的高电导率和热导率，又??具有陶瓷的高熔点、高硬度和高弹性模量。此外，ＴｉＢ２和ＺｒＢ２具有良好的热稳定性，易??于通过高温反应生成，非常适合用作原位颗粒增强铜基复合材料的增强相。??〇一Ｚｒ?或?Ｔｉ?？—Ｂ??图１．４?ＴｉＢ２和ＺｒＢ２的晶体结构??Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｈｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＴｉＢ２?ａｎｄ?ＺｒＢ２??－９－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁搅拌对Al2O3p/ZL109复合材料组织与性能的影响[J]. 徐进康,陈刚,张振亚,赵玉涛,周祥,刘新,严庆. 特种铸造及有色合金. 2018(06)
[2]“按钮战争”即将来临（上）——国外电磁炮的最新进展[J]. 徐志伟. 坦克装甲车辆. 2018(09)
[3]碳纤维增强铜基复合材料研究进展[J]. 刘建秀,宋阳,樊江磊,吴深,张驰,贾德晋,李育文. 材料科学与工程学报. 2018(02)
[4]电磁轨道材料表面损伤及强化技术研究现状[J]. 闫涛,刘贵民,朱硕,杜林飞,惠阳. 材料导报. 2018(01)
[5]浅谈高压隔离开关电触头性能改善方案分析[J]. 张利强. 水电站机电技术. 2017(02)
[6]高速铁路接触网研究进展[J]. 刘志刚,宋洋,韩烨,汪宏睿,张静,韩志伟. 西南交通大学学报. 2016(03)
[7]电磁搅拌对C3604铜合金水平连铸坯组织性能的影响[J]. 王继军,刘庆,曹安琪,王同敏,曹志强,李廷举. 铸造. 2014(06)
[8]高速铁路新型铜镁接触线关键技术[J]. 刘轶伦. 铁道机车车辆. 2014(02)
[9]ZrB2陶瓷制备研究进展[J]. 周庭,谢征芳. 化工进展. 2013(10)
[10]TiB2材料的研究现状[J]. 李苏,李俊寿,赵芳,张颖. 材料导报. 2013(05)
博士论文
[1]铜材料的激光表面强化研究[D]. 李明玉.郑州大学 2013
[2]铜合金水平电磁连铸及行星轧制技术的研究[D]. 付亚波.大连理工大学 2011
[3]K417高温合金真空熔铸凝固过程的电磁控制[D]. 金文中.大连理工大学 2008
[4]大规模集成电路用高强度高导电引线框架铜合金研究[D]. 苏娟华.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]SiC颗粒增强铝基复合材料干摩擦磨损的研究[D]. 康立忠.上海交通大学 2008
本文编号：3059713
【文章来源】：大连理工大学辽宁省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２电磁轨道炮原理图Ｍ??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ?ｒａｉｌｇｕｎ［２４］??
截止至２０１８年中国高铁运营里程已达到了?２．５万公里，占全球高铁运营里程??的三分之二。高速铁路接触网是高铁的重要组成部分，主要包括接触线、承力索和吊弦??等，如图１．３所示［２７］。??图１．３高速铁路接触网??Ｆｉｇ．?１．３?Ｈｉｇｈ?ｓｐｅｅｄ?ｒａｉｌｗａｙ?ｃｏｎｔａｃｔ?ｎｅｔｗｏｒｋ??接触线是接触网的核心，也是保证电气化铁路正常运营的关键构件，高性能接触线??的制备因此成为高速铁路发展中面临的和必须解决的关键技术。接触线通过与机车上的??受电弓滑动接触向机车提供运行动力，在服役过程中，接触线要承受高线张力、受电弓??的冲击动张力以及高速摩擦，而且接触线暴露在空气中，工况恶劣，高速摩擦过程中产??生的热量，容易发生电弧烧蚀，从而导致接触线力学性能及耐磨性急剧下降，减少使用??－４－??
基于上述三方面的考虑，针对高强高导高耐磨铜基复合材料的性能要求，本文选择??了?ＴｉＢ２和ＺｒＢ２陶瓷颗粒作为增强相颗粒。ＴｉＢ２和ＺｒＢ２都是六方晶系Ｃ３２型准金属结??构化合物，空间群均为Ｐ６／ｍｍｍ（１９１），其的晶体结构如图１．４所示，主要结构参数和物??理性能见表１．４［６Ｍ８］。在ＴｉＢ２和ＺｒＢ２的晶体中，Ｔｉ或Ｚｒ与Ｂ原子交替排列形成了和石??墨层状结构类似的二维网状结构，并且Ｂ与Ｔｉ?（或Ｚｒ）离子之间形成离子键，Ｂ与Ｂ??之间为共价键，这一键合结构决定了?丁沿２和２出２既具有金属的高电导率和热导率，又??具有陶瓷的高熔点、高硬度和高弹性模量。此外，ＴｉＢ２和ＺｒＢ２具有良好的热稳定性，易??于通过高温反应生成，非常适合用作原位颗粒增强铜基复合材料的增强相。??〇一Ｚｒ?或?Ｔｉ?？—Ｂ??图１．４?ＴｉＢ２和ＺｒＢ２的晶体结构??Ｆｉｇ．?１．４?Ｔｈｅ?ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＴｉＢ２?ａｎｄ?ＺｒＢ２??－９－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]电磁搅拌对Al2O3p/ZL109复合材料组织与性能的影响[J]. 徐进康,陈刚,张振亚,赵玉涛,周祥,刘新,严庆. 特种铸造及有色合金. 2018(06)
[2]“按钮战争”即将来临（上）——国外电磁炮的最新进展[J]. 徐志伟. 坦克装甲车辆. 2018(09)
[3]碳纤维增强铜基复合材料研究进展[J]. 刘建秀,宋阳,樊江磊,吴深,张驰,贾德晋,李育文. 材料科学与工程学报. 2018(02)
[4]电磁轨道材料表面损伤及强化技术研究现状[J]. 闫涛,刘贵民,朱硕,杜林飞,惠阳. 材料导报. 2018(01)
[5]浅谈高压隔离开关电触头性能改善方案分析[J]. 张利强. 水电站机电技术. 2017(02)
[6]高速铁路接触网研究进展[J]. 刘志刚,宋洋,韩烨,汪宏睿,张静,韩志伟. 西南交通大学学报. 2016(03)
[7]电磁搅拌对C3604铜合金水平连铸坯组织性能的影响[J]. 王继军,刘庆,曹安琪,王同敏,曹志强,李廷举. 铸造. 2014(06)
[8]高速铁路新型铜镁接触线关键技术[J]. 刘轶伦. 铁道机车车辆. 2014(02)
[9]ZrB2陶瓷制备研究进展[J]. 周庭,谢征芳. 化工进展. 2013(10)
[10]TiB2材料的研究现状[J]. 李苏,李俊寿,赵芳,张颖. 材料导报. 2013(05)
博士论文
[1]铜材料的激光表面强化研究[D]. 李明玉.郑州大学 2013
[2]铜合金水平电磁连铸及行星轧制技术的研究[D]. 付亚波.大连理工大学 2011
[3]K417高温合金真空熔铸凝固过程的电磁控制[D]. 金文中.大连理工大学 2008
[4]大规模集成电路用高强度高导电引线框架铜合金研究[D]. 苏娟华.西北工业大学 2006
硕士论文
[1]SiC颗粒增强铝基复合材料干摩擦磨损的研究[D]. 康立忠.上海交通大学 2008
本文编号：3059713
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