超细晶W-Cu复合材料的制备及稀土掺杂改性的研究

发布时间：2017-08-23 00:11

  本文关键词：超细晶W-Cu复合材料的制备及稀土掺杂改性的研究

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【摘要】：W-Cu复合材料结合了W和Cu各自优异的性能,具有高电导、热导,低热膨胀系数,良好的耐热性和抗电弧侵蚀能力,被广泛用作电触头、电子封装、热沉材料、电极材料等。现代科技的高速发展,对W-Cu材料的组织性能也提出新的和更高的要求。W和Cu的熔点密度等相差较大且互不相溶,其粉末冶金制造工艺有较高的要求。通过常规粉末冶金工艺制备的W-Cu复合材料的性能仍存在一定的不足。近些年来,通过制备组织均匀的超细(纳米)晶W-Cu材料,或通过添加稀土氧化物等在改善W-Cu材料的组织和性能上取得了较好的效果,也成为当前W-Cu材料领域研究的热点之一。本文尝试采用EDTA-柠檬酸法制备出超细W-Cu复合粉体,进而制得了超细晶W-Cu材料；此外还考察了稀土氧化物Y2O3和Ce0.8Sm0.2O1.9 (SDC)的添加对W-Cu材料组织、密度以及室温和高温力学性能等的影响,由此探索了制备高性能W-Cu材料的新途径。以偏钨酸铵、硝酸铜、硝酸钇、硝酸铈、硝酸钐等为主要原料,采用EDTA-柠檬酸法制得前驱体,经600℃煅烧、700～800℃还原分别获得了掺杂不同质量分数(0～0.8%)Y2O3和SDC的W-20Cu复合粉体。通过X射线衍射分析和扫描电镜等对前驱体煅烧产物以及还原后粉体的物相组成、形貌和粒度进行了表征。实验结果表明,通过EDTA-柠檬酸可以制备出粒度在100～200nm之间、均匀分散的W-20Cu复合粉体；稀土氧化物(Y2O3、SDC)对W-Cu粉体的还原和长大具有抑制作用,微量的添加虽然提高了粉体的还原温度,但可降低粉体的粒度,改善粉体的均匀性。所得粉体经模压成形并于1150～1300℃烧结90～120min,制得了含稀土氧化物(Y2O3、SDC)的W-Cu复合材料。通过扫描电镜观察了烧结体的微观组织,并对其密度、室温及高温物理、力学性能进行了测定。实验结果表明,所得W-20Cu粉体烧结活性较高,其成形压坯经1200℃烧结后相对密度可达98%,晶粒小于1μm,具有良好的综合性能。其室温抗弯强度和维氏硬度分别为940MPa和276HV,电导率高于41%IACS。其室温至600℃范围内的抗拉强度为383～125MPa,热导率为297～155W·m-1·K-1,热膨胀系数为7.65～9.58×10-6K-1。此外,适量稀土氧化物(Y2O3、 SDC)的添加对W-Cu复合材料的烧结性能和物理性能影响不甚明显,但可细化晶粒,提高材料力学性能。添加Y2O3的Y2O3/W-20Cu材料的室温抗弯强度和维氏硬度可达1040MPa和312HV,室温和600℃时抗拉强度可达421MPa和178MPa；添加SDC的SDC/W-20Cu材料的室温抗弯强度和维氏硬度可达1130MPa和318HV,室温和600℃时抗拉强度可达580MPa和258MPa。
【关键词】：W-Cu复合材料 超细粉末 稀土氧化物 组织 性能
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-10
• ABSTRACT10-16
• 第一章 绪论16-29
• 1.1 引言16
• 1.2 W-Cu复合材料的制备方法16-22
• 1.2.1 超细/纳米W-Cu复合粉体的制备17-19
• 1.2.2 制备W-Cu复合材料的传统工艺19-20
• 1.2.3 制备W-Cu复合材料的新工艺20-22
• 1.3 W-Cu复合材料的主要应用22-25
• 1.3.1 电触头、电极用W-Cu复合材料22-23
• 1.3.2 电子封装及热沉用W-Cu复合材料23-24
• 1.3.3 高温器件用W-Cu复合材料24-25
• 1.3.4 W-Cu复合材料的其他用途25
• 1.4 W-Cu复合材料掺杂改性的研究现状25-26
• 1.5 本文的研究背景和内容26-29
• 1.5.1 研究背景和意义26-27
• 1.5.2 研究内容27-29
• 第二章 W-20Cu复合粉体的制备及其烧结体的组织性能29-46
• 2.1 引言29
• 2.2 实验材料及方法29-35
• 2.2.1 实验原料29-30
• 2.2.2 材料制备30-32
• 2.2.3 W-20Cu复合粉体和烧结体的组织性能测试32-35
• 2.3 结果与讨论35-44
• 2.3.1 前驱体和W-20Cu粉体的组成和性能35-40
• 2.3.2 W-20Cu复合材料的组织和性能40-43
• 2.3.3 W-20Cu复合材料的高温机械物理性能43-44
• 2.4 本章小结44-46
• 第三章 Y_2O_3/W-Cu超细复合粉体的制备及其烧结体的组织性能46-56
• 3.1 引言46
• 3.2 实验材料及方法46-47
• 3.2.1 实验原料46
• 3.2.2 材料制备46-47
• 3.2.3 Y_2O_3/W-Cu粉体与烧结体的组织性能测试47
• 3.3 实验结果及分析47-55
• 3.3.1 前驱体和Y_2O_3/W-20Cu粉体的组成和性能47-50
• 3.3.2 Y_2O_3/W-20Cu复合粉体的烧结行为和烧结体的微观组织50-53
• 3.3.3 Y_2O_3/W-20Cu复合材料的机械物理性能53-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第四章 添加SDC对W-20Cu复合材料组织和性能的影响56-68
• 4.1 引言56
• 4.2 实验材料及方法56-57
• 4.2.1 实验原料56
• 4.2.2 材料制备56-57
• 4.2.3 SDC/W-Cu粉体与烧结体的组织性能测试57
• 4.3 实验结果及分析57-67
• 4.3.1 原料粉体的组成与性能57-58
• 4.3.2 SDC添加方式对W-Cu复合材料的影响58-60
• 4.3.3 SDC含量对SDC/W-Cu复合材料密度和微观组织的影响60-64
• 4.3.4 SDC含量对SDC/W-20Cu复合材料性能的影响64-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第五章 全文总结与展望68-70
• 参考文献70-77
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况77

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本文编号：721841