粉末冶金法制备SiCp/Cu复合材料及组织与性能研究

铜及铜合金导热性良好,但受强度和耐热的限制,其适用范围受影响。本文以开发具有良好的热物理性能、导电性能和机械性能的铜基复合材料为出发点,通过机械球磨、真空热压烧结、退火和锻造工艺,制备以SiC颗粒为增强相的SiCp/Cu复合材料。采用OM、SEM、XRD、DIL402型线膨胀测试仪和其它实验检测仪器对球磨过程粉末形貌的变化过程、粉末平均颗粒尺寸的变化以及球磨后粉末的均匀性进行研究。同时,采用真空热压烧结工艺制备SiCp/Cu复合材料微观组织,以及对复合材料的力学性能和物理性能进行分析和深入的了解。主要研究的内容如下:通过机械球磨工艺制备SiCp/Cu复合粉末,使第二相在基体中均匀分布。该实验研究了球磨转速、球料比、球磨时间和过程控制剂(无水甲醇)对球磨工艺过程中复合粉末形貌、颗粒大小和均匀程度的影响,选择最优的球磨工艺参数进行后续的实验研究。实验结果表明,最优的球磨工艺参数为球磨转速250rpm、球料比15:1、球磨时间10h和添加过程控制剂无水甲醇。可以使粉末颗粒研磨充分,得到更加均匀细小的复合粉末,有利于后续烧结实验的进行。对经球料比为15:1、球磨转速为250rpm、球磨时间为10h机械球磨后得到的SiCp/Cu复合粉末,在700℃、750℃、800℃、850℃进行真空热压烧结实验,压力为50MPa,保温保压1h。可得出随着烧结温度的提高,孔隙逐渐减少或消失,复合材料的致密度逐渐提升,由92.8%提升至96.2%。SiCp/Cu复合材料的显微硬度,由154.3HV提升至172.9HV。制备的SiCp/Cu复合材料在室温下,抗压强度可以达到467.46MPa,材料的延伸率可以达到20.87%。在50℃-500℃温度范围,测量不同热压烧结温度获得SiCp/Cu的热膨胀系数。随着烧结温度的升高,SiCp/Cu的热膨胀系数降低。复合材料的电导率和热导率均随着烧结温度的升高而提升。实验结果表明:烧结温度从700℃到850℃,材料热导率由195.673W/m·℃提升至221.346W/m·℃。电导率由52.4%IACS提升至65.3%IACS,实验测量的值要远小于模型预测的数值。经退火处理后,复合材料的电导率和热导率均有所提升。