91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

作者：鄭曉敏                     

    采用擠壓鑄造制備了金剛石/Al基復(fù)合材料，但由于成形溫度過(guò)高(770～800℃)，在基材與金剛石顆粒界面處發(fā)生了不良的界面反應(yīng)，隨機(jī)生成了脆性的A14C3化合物，影響了金剛石／Al基復(fù)合材斟的性能，且擠壓后的復(fù)合材料中金剛石顆粒分布不均勻。為了避免基材金屬與金剛石顆粒在高溫時(shí)不良的界面反應(yīng)，選擇成形溫度低于Al熔點(diǎn)的粉末冶金法制備了金剛石體積含量為50%的金剛石純A1復(fù)合材料，所制備出的復(fù)合材料的熱導(dǎo)率僅為237 W／(m．K)。其主要原因一是由于選擇在低于Al熔點(diǎn)的溫度下熱壓燒結(jié)成形，熔融態(tài)屬Al的流動(dòng)性有限，導(dǎo)致復(fù)合材料的致密度僅為95.8%；二是金剛石與基材金屬界面結(jié)合性差，未形成緊密結(jié)合，導(dǎo)致基材金屬與金剛石顆粒在界面處存在很多的“間隙”。也有通過(guò)改進(jìn)基材金屬成分的方式，將純金屬Al粉末、少量5056型Al-Mg合金粉末和金剛石顆粒三著一

起混料均勻后，再放電等離子燒結(jié)( SPS)，成功制備出了致密度在97%以上的金剛石體積含量為45. 5%的金剛石/Al基復(fù)合材料，但SPS工藝制備金剛石/Al基復(fù)合材料時(shí)能耗大，設(shè)備成本高，工業(yè)化生產(chǎn)困難。

    本課題采用設(shè)備成本低、工序簡(jiǎn)單的真空熱壓燒結(jié)法制備了金剛石/Al基復(fù)合材料。具體方法是先將所需純Al粉、少量純Cu粉和金剛石顆�；旌暇鶆�，冷壓成塊后，再熱壓燒結(jié)。燒結(jié)過(guò)程中，為了避免高溫下金剛石顆粒石墨化和與基材金屬產(chǎn)生不良的界面反應(yīng)，采用低于Al熔點(diǎn)的溫度下進(jìn)行。

1  試驗(yàn)過(guò)程

1.1  金剛石／Al基復(fù)合材料的制備

    采用平均粒度為55～70 F/m的金剛石顆粒，選用純度在99. 5%以上且粒度為40 um左右的球形Al粉和Cu粉作為基體金屬粉。Al-Cu合金的熱導(dǎo)率低于純Al的熱導(dǎo)率，且隨Cu含量的增加而降低。當(dāng)Al-Cu合金中，Cu的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%時(shí)，它的熱導(dǎo)率僅為190W／(m．K)左右。為了盡量降低影響基體合金的熱導(dǎo)率，在基體合金中加入2%的Cu。

    表1為復(fù)合材料的配比，按表1稱(chēng)量、配比粉末混合均勻，其混料參數(shù)是球料比為2:1，轉(zhuǎn)速為300 r／min，混料6 h。先將混合均勻的預(yù)燒結(jié)粉末放入鋼制模具中冷壓成型，取出，再放入石墨型中，真空熱壓燒結(jié)。真空熱壓燒結(jié)工藝見(jiàn)圖1，在真空環(huán)境下，以10℃/min的加熱速度從室溫加熱至600℃，保溫35 min，隨爐冷卻。在燒結(jié)過(guò)程中，燒結(jié)壓力為50 M Pa�？紤]到熔融狀態(tài)Al的流動(dòng)性和基體與金剛石熱膨脹系數(shù)的差異性，在600℃時(shí)開(kāi)始加壓，保持壓力直到被燒結(jié)材料冷卻到100℃時(shí)，卸壓。

2  試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1  復(fù)合材料XRD測(cè)試與分析

    對(duì)熱壓燒結(jié)前后的6號(hào)試樣進(jìn)行XRD測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2�？梢园l(fā)現(xiàn)，在燒結(jié)前有Cu峰的存在，經(jīng)真空熱壓燒結(jié)后，Cu峰消失。這說(shuō)明真空熱壓燒結(jié)過(guò)程中經(jīng)Cu原子和Al原子的相互擴(kuò)散，Cu在燒結(jié)后已不單獨(dú)在復(fù)合材料中，與Al形成了固溶體或者AICu化合物。熱壓燒結(jié)前后石墨峰和金屬氧化物峰都未出現(xiàn)，說(shuō)明在此溫度下真空熱壓燒結(jié)，金剛石顆粒不會(huì)出現(xiàn)石墨化現(xiàn)象，金屬粉末也不會(huì)被氧化。

2.2  金剛石／AICu基復(fù)合材料的顯微組織

    圖3為6號(hào)試樣表面形貌及金剛石顆粒分布�？梢钥闯�，金剛石顆�？删鶆虻姆稚⒂诨�材金屬中，并與基材金屬之間界面結(jié)合緊密，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的“間隙”。通過(guò)熱壓燒結(jié)后，在基材金屬中也未發(fā)現(xiàn)微孔、微裂紋等微觀缺陷，基體金屬結(jié)合也較致密。圖4為3號(hào)試樣的表面形貌。在相同條件下與金剛石/Al-Cu基復(fù)合材料的顯微組織進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)純Al作為基體時(shí)，熱壓燒結(jié)后金剛石顆粒與純Al之間明顯存在“間隙”。金剛石與基材金屬界面結(jié)合較弱，且基材金屬中也明顯存在微孔、微裂紋等缺陷，基材金屬本身也結(jié)合不夠致

密，見(jiàn)圖4圓圈處。

2.3致密度

    復(fù)合材料致密度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。從表2中發(fā)現(xiàn)，在相同金剛石含量條件下，金剛石/Al-Cu復(fù)合材料的致密度高于金剛石／純Al復(fù)合材料。這主要是由于單質(zhì)Cu顆粒的添加，在加熱過(guò)程中，存在Al和Cu原子之間的相互擴(kuò)散，通過(guò)擴(kuò)散，在這些微區(qū)中Cu的含量可能在此微區(qū)某處達(dá)到了2. 5%以上。由Al-Cu相圖可知，Cu含量在2.5%以上的Al-Cu合金，在600℃

時(shí)，會(huì)出現(xiàn)固液共存區(qū)，但這種固液共存區(qū)是短暫的，因?yàn)槌霈F(xiàn)在液相中的Cu原子還會(huì)與周?chē)�的Al原子發(fā)生擴(kuò)散，降低微區(qū)Cu的含量。正是這些短暫的微小的液相區(qū)促進(jìn)了熔融狀態(tài)的基體合金的流動(dòng)性，也有利于基體合金去填充金剛石顆粒之間的微孔，從而提高了材料

的致密度。

2.4熱膨脹系數(shù)(CTE)的測(cè)試與分析

    在A r氣保護(hù)下對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行熱膨脹系數(shù)測(cè)試。圖5為純Al和3、6號(hào)試樣熱膨脹系數(shù)測(cè)試結(jié)果。從圖5看出，在室溫～300℃之間，3號(hào)試樣的熱膨脹系數(shù)高于6號(hào)的，這主要是兩個(gè)原因造成的：一是在混料時(shí)，選擇適當(dāng)添加Cu粉的特殊方法，經(jīng)熱壓燒結(jié)后促進(jìn)了復(fù)合材料的致密度，使金剛石和基體金屬之間的界面結(jié)合更加緊密，接觸面積也增大，這樣復(fù)合材料在熱膨脹時(shí)，金剛石顆粒就能夠更好地約束基體金屬；二是此類(lèi)復(fù)合材料熱膨脹現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是Al合金和金剛石增強(qiáng)體顆粒隨溫度升高產(chǎn)生塑性形變所致。在復(fù)合材料中材料塑性變形最有可能開(kāi)始于界面，且當(dāng)增強(qiáng)體顆粒附近基體某點(diǎn)的應(yīng)力滿(mǎn)足時(shí)（為基體的拉伸屈服強(qiáng)度，U為徑向應(yīng)力，印為環(huán)向應(yīng)力，后兩者是由于溫度變化引起的應(yīng)力）[143，才有可能產(chǎn)生塑性變形。試驗(yàn)表明，真空熱壓燒結(jié)金剛石/Al-Cu基復(fù)合材料后，在Al基中會(huì)有少量固溶體或者Al-Cu化合物的形成。由于位錯(cuò)的因素，會(huì)提高基體合金的屈服強(qiáng)度，致使金剛石含量為50%的Al-Cu復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)低于純Al復(fù)合材料的。

2.5熱導(dǎo)率(TC)

    圖6是室溫下復(fù)合材料熱導(dǎo)率隨金剛石體積含量變化圖。從圖6可知，金剛石/Al-Cu基復(fù)合材料和金剛石／純Al基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率都會(huì)隨金剛石含量的增加而增大。當(dāng)金剛石含量為50%時(shí)，金剛石/Al-Cu基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率達(dá)到325 W／(m．K)，比金屬純Al高116 W／(m．K)。在金剛石含量一定時(shí)，金剛石／Al-Cu基復(fù)合材料比金剛石／純Al基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率高，這是由于前者致密度高，金剛石與基材金屬界面結(jié)合緊密，基材金屬間微孔、間隙等缺陷少的原因。

    所制備金剛石／Al-Cu復(fù)合材料的熱導(dǎo)率有明顯的提高，但與國(guó)際先進(jìn)水平還存在一定差距，制備的金剛石含量為45. 5%的Al基復(fù)合材料的熱導(dǎo)率為403 W／(m．K)。這是由于本課題組制備的復(fù)合材料的界面未得到優(yōu)化，金剛石與基材界面間僅存在機(jī)械的物理結(jié)合，未形成化學(xué)結(jié)合，造成界面阻熱大，熱傳導(dǎo)時(shí)會(huì)影響聲子的平均自由程，從而降低了熱導(dǎo)率；金剛石顆粒大小和形狀對(duì)復(fù)合材料熱導(dǎo)率也有一定的影響。

3  結(jié)  論

通過(guò)真空熱壓燒結(jié)法成功制備了金剛石/Al-Cu基復(fù)合材料，在室溫～300 0C，金剛石體積含量為50%的Al-Cu基復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)為(7.3～11.3)×10-6/℃。在室溫下，其熱導(dǎo)率為325 W/(m．K)。由于少量Cu的添加，在真空熱壓燒結(jié)過(guò)程中形成了瞬間固液共存區(qū)，提高了復(fù)合材料的致密度。最終，使其熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)等熱物理性能優(yōu)于相同條件下制備的金剛石／純Al體系的復(fù)合材料。

4摘要采用真空熱壓燒結(jié)法成功制備了金剛石/AI-Cu基復(fù)合材料。研究表明，少量Cu粉的添加，能優(yōu)化金剛石／純Al復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)、熱導(dǎo)率等熱性能。在室溫～300℃，金剛石體積含量為50%的復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)為(7.3～11.3)×10-6／℃。在室溫下，熱導(dǎo)率為325 W／(m．K)。