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1、Cu纳米复合材料性能及组织的影响第27卷第3期2006年6月材料热处理TRANSAC1"1ONSOFMATERIALSANDHEATTRE^TMENTVo1.27No.3June2006烧结工艺对ZrO2/Cu纳米复合材料性能及组织的影响丁俭,赵乃勤,师春生,李家俊,韩雅静(天津大学材料科学与工程学院,天津300072)摘要:采用原位化学工艺制备了ZrO/Cu纳米复合粉末,并用粉末冶金法制备了ZrO/Cu纳米复合材料.研究了烧结温度,烧结时间对纳米复合材料性能的影响.结果表明,随着烧结温度的升高,复合材料的体积
2、收缩率增大,同时电导率,显微硬度也增大;随着烧结时间的延长,体积收缩率增大,显微硬度增大到一定程度后减小.当烧结温度为975℃.时间为90rain时,得到的Zr02/Cu纳米复合材料性能较佳(122HV,93.41ASC%).关键词:烧结;纳米复合材料;氧化锆中图分类号:TB333文献标识码:A文章编号:1009.6264(2006)03.0006-04高强度高导电铜基复合材料是一类具有优良综合性能的新型功能材料,既具有优良的导电性,又具有高的强度和优越的高温性能….随着机械,电子工业的发展,对这类高强度,高导
3、电复合材料的需求越来越迫切,常用的弥散强化粒子多为熔点高,高温稳定性好,硬度高的氧化物,硼化物,碳化物,氮化物等.在各种金属氧化物的陶瓷材料中,氧化锆的高温热稳定性最好,热膨胀又与金属材料较为接近,成为重要的结构陶瓷材料,而特殊的晶体结构使之成为重要的电子材料.氧化锆的相变增韧等特性,良好的力学性能和热物理性能,使之成为金属基复合材料中性能优异的增强相.纳米复合材料不同于传统的填料体系,它由两组成相在纳米至亚微米范围内结合形成.两相界面间存在较高的结合力;同时,由于纳米颗粒相有大的比表面积,两相界面间存在强相互
4、作用,其性能优于相同组分常规复合材料.因此,制备纳米复合材料是获得综合高性能材料的一种有效方法.一直以来,对于纳米相颗粒增强铜基复合材料制造工艺的研究往往侧重于传统的的外加增强体复合法,如粉末冶金,机械合金化,内氧化等.但是这些方法易造成增强体与基体结合不良,增强体易偏聚等缺陷.然而原位合成工艺可以使纳米增强相均匀分散在基体中,因此,本文采用原位化学工艺制备了Zr02/收疆日期:2005.08.15;修订日期:2005.11-03基金项目:天津市基础研究重点资助项目(05YFJZJC01900)作者简介:丁俭(
5、I977一),女,在读博士生,主要从事金属基复合材料的研究,联系电话:022—27401914,E-mail:djisn0122@126.corn.Cu纳米复合粉末,对复合粉末采用粉末冶金法制备了ZrO/Cu纳米复合材料,研究了不同烧结温度,时间对复合材料组织性能的影响.l材料的制备和试验方法1.1试验原料ZrOCl2?8H2O分析纯(>99%);Y2O3分析纯(>99%);Cu(NO)2.3H2O分析纯(>99.5%);氨水分析纯(25%一28%);分散剂PEG.1.2制备工艺为了得到晶型稳
6、定的Zr02,首先将3%Y20经盐酸溶解后再加入乙醇水溶液(醇水比为2:1),加入一定量的ZrOCl?8H2O后再加入少量分散剂PEG搅拌均匀.滴定氨水至pH>9.0,生成Zr(OH),Y(OH)混合胶状沉淀.沉淀一段时间后(>6h),再加入一定量的Cu(NO,)?3HO,经搅拌完全后溶融在一起.将所得混合物加热干燥后于500~C煅烧,生成CuO,Zr02混合粉.再经过650~C,45rain氢气还原后生成cu,ZrO混合粉.该混合粉经过500MPa初压后,再经过烧结,1.2GPa复压后可得到3%Z
7、rO/Cu复合材料.制备ZrO/Cu复合材料的工艺流程如图1所示.鬯旦阿丽丁丽]l兰:!!!_一一fl璺!:!J—匝_Deoxidation匡一匝一圆一巨图17-,rO2/Cu纳米复合材料的制备工艺流程图Fig.1TheflowchartforfabricatingprocessofZrO2/Cunanocompasite第3期丁俭等:烧结工艺对ZrOz/Cu纳米复合材料性能及组织的影响7烧结温度选择了850,900,950和975oC,烧结时间试验了1,1.5,2或2.5h,通过性能比较,确定最佳的烧结工艺参
8、数并进一步分析了其对复合材料性能的影响.1.3组织及性能分析密度测量利用阿基米德原理,采用排水法测量;体积收缩率△:(P烧:烧结后的密度;P坯:JU烧初压坯密度).烧结采用真空烧结炉烧结,烧结的空间气压小于10一;用MH-6型显微硬度计测试样在不同烧结条件下的室温硬度(载荷50g),所得的显微硬度均采用多次测量,取其平均值的形式;电导率测量使用FQR.7501涡流电导率仪,并将其数值除
