MA-SPS法制備Cu-Cr-TiB2納米晶復合材料.pdf

1、CuCr合金是一類被廣泛應用于電子電氣工業(yè)的電接觸材料,尤其在中高壓真空斷路器中,CuCr合金被認為是最優(yōu)秀的觸頭材料體系?，F在CuCr合金應用朝著超高電壓、大電流方向發(fā)展,并對材料機械性能提出了更高要求。已有研究表明,具有納米結構的CuCr觸頭材料具有更加優(yōu)異的電氣性能,此外,利用TiB2微粒均勻彌散在Cu基體中形成的顆粒彌散增強復合材料,其機械性能大大提高。
　　 本課題將機械合金化(MA)技術和放電等離子燒結(SPS)技術

2、結合起來,開展了Cu-Cr-TiB2納米晶復合材料的研究。首先利用MA法制備各相分布均勻的Cu-Cr-TiB2納米晶復合粉末,然后通過SPS這種快速燒結技術,獲得高致密化、晶粒細小的Cu-Cr-TiB2納米晶塊體材料。研究中利用X射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、能譜儀(EDS)透射電鏡(TEM)等分析測試技術對材料的物相結構、組織形貌、成分分布等進行了表征,并檢測了塊體材料的致密度、顯微硬度、電導率、耐磨性等相關物理性能,建立了

3、材料顯微結構、組成與性能之間的聯系。研究了MA和SPS過程中關鍵工藝參數以及TiB2含量對材料結構、組織、形貌和性能的影響,探討了TiB2影響材料性能的作用機理。主要研究結果如下:
　　 最佳的機械合金化工藝:過程控制劑無水乙醇5wt％,球料比30∶1,球磨時間80h。該工藝制得復合粉末收得率在95%以上,平均晶粒尺寸20 nm左右,Cu晶格畸變度0.4%左右,無明顯雜質引入。隨著TiB2含量由0wt%增加到10wt%,復合粉末

4、的金屬晶粒尺寸減小,晶格畸變度增大,這與TiB2的“微磨球”效應和金屬基體的位錯增多有關。
　　 最佳的SPS工藝:燒結溫度920℃,保溫時間5min,加載壓力50MPa。該工藝制備的復合塊體致密度接近99%,平均晶粒尺寸100nm左右,各相分布均勻,無明顯雜質。隨著TiB2含量增加,復合材料致密度和導電率逐漸下降,而硬度和耐磨性先迅速提高,然后緩慢增加。材料機能的增械性強和導電性能的下降與TiB2微粒的“釘扎作用”和基體位錯增