碳化硅銅基復合材料制備及相關性能測試

張波+蔣俊+高學紅+簡雨沛

摘要本研究以稻殼制備的碳化硅晶須作為銅基體的增強相，制備碳化硅銅基復合材料。利用粉末冶金技術，通過銅粉、晶須混料、干燥和熱壓燒結制備出復合材料，并對其相關性能進行測定。

關鍵詞碳化硅銅基復合材料相關性能測試

中圖分類號：TB331 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0022-01

以稻殼為原料制備的碳化硅晶須，是一種高強度須狀的單晶體。其晶體結構比較完整，內部缺陷少，其強度和模量均接近理想晶體。因此，晶須常作為增強組分加到金屬基體、陶瓷基體和高分子基體中起增強、增韌作用。本研究使用碳化硅晶須對銅進行強化。

1碳化硅銅基復合材料制備

1.1 混料

兩相比重：銅粉97%，碳化硅3%（質量分數）。

將原料按照設計比例裝入聚乙烯球磨罐中，以瑪瑙球為球磨介質，加入叔丁醇溶液，在球磨機上球磨濕混1 h，使粉料混合均勻。

1.2 干燥

將混合料冷凍成固態，在干燥機上進行充分冷凍干燥。

1.3 熱壓燒結

在熱壓條件下，將混合均勻的原料粉末裝入直徑60 mm的石墨磨具內，然后在800℃，900℃，1000℃三個溫度下分別進行熱壓燒結。

壓力：27.7Mpa，時間：1 h。

2碳化硅銅基復合材料相關性能測試

2.1 體積密度和相對密度計算

燒結材料的相對密度是燒結材料的一個重要參數。

理論密度：

實際密度：排水法測密度。

步驟：

將樣品處理干凈，在電子天平上稱量質量記作m。

在燒杯中注入一定量的水（保證樣品能完全浸入水中，并且水不能溢出），稱量此時燒杯和水的質量記作G1。

用細線將樣品系好，將樣品完全懸浮于水中，稱量此時燒杯和水的質量記作G2。

根據阿基米德原理，樣品所受浮力F=G2-G1。

由公式F=ρgV排，可得樣品體積V=V排=

溫度℃ 800 900 1000 純銅

實際密度g/㎝3 7.8864 7.9231 7.7807 8.9

相對密度% 93.15 93.59 91.91

經計算，在900℃燒結的材料致密度最高。

2.2 顯微組織觀察

腐蝕劑：飽和氯化鐵溶液+5%稀鹽酸

拋光后樣品直接進行金相觀察，然后腐蝕后在進行金相觀察，觀察三個燒結溫度下組織差別。

100×，800℃ 100×，900℃

100×，800℃

金相照片中，白色為銅基體組織，分散的黑色顆粒為碳化硅晶須，塊狀的黑色團裝組織為聚集在一起的碳化硅晶須，但是從總體上看組織分布還是比較均勻的。右下圖為掃描電子顯微鏡拍攝的照片，圖中棒狀即為碳化硅晶須。

2.3 顯微維氏硬度測試

硬度儀：HXD-1000TM。

溫度℃ 800 900 1000 純銅

硬度值 82.961 82.343 84.989 68

三個溫度下制的材料硬度都比純銅提高了很多，說明在銅基體中加入的碳化硅晶須起到了強化的作用。

3實驗總結

本研究以碳化硅晶須作為增強相，利用粉末冶金技術在800℃，900℃，1000℃三個不同的溫度下進行熱壓燒結制備碳化硅銅基復合材料，并測定了三個不同燒結溫度下材料的體積密度和相對密度，觀察了顯微組織，測定了硬度，與純銅相比，其硬度值大大增高，說明碳化硅晶須起到了很好的增強作用。

參考文獻

[1]王華彬，張學忠，韓才杰，等.[J].材料科學與工藝，2001，9（1）：62-67.

[2]張克宏，莫艷，朱凱培，等.[J].硅酸鹽學報，1995，23（4）：373-378.

[3]潘金生，陳永華.晶須及其應用[J].復合材料學報，1995，12（4）：1-7.

[4]張金升，王美婷，許鳳秀.先進陶瓷材料導論[M].化學工業出版社，2007：1-5.

[5]顧建成，吳建生，曹光宇，等.上海交通大學學報，200l，35（3）：397-401.

[6]靳治良，李勝利，李武.鹽湖研究，2003，11（4）：57-66.

[7]陳東凡，田雅娟，周本廉.高分子材料科學與工程，2002，18（4）：1-5.

[8]韓歡慶，葛啟錄，陳玉萍，等.材料科學與工藝，1997，7（1）：30-32.

endprint

摘要本研究以稻殼制備的碳化硅晶須作為銅基體的增強相，制備碳化硅銅基復合材料。利用粉末冶金技術，通過銅粉、晶須混料、干燥和熱壓燒結制備出復合材料，并對其相關性能進行測定。

關鍵詞碳化硅銅基復合材料相關性能測試

中圖分類號：TB331 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0022-01

以稻殼為原料制備的碳化硅晶須，是一種高強度須狀的單晶體。其晶體結構比較完整，內部缺陷少，其強度和模量均接近理想晶體。因此，晶須常作為增強組分加到金屬基體、陶瓷基體和高分子基體中起增強、增韌作用。本研究使用碳化硅晶須對銅進行強化。

1碳化硅銅基復合材料制備

1.1 混料

兩相比重：銅粉97%，碳化硅3%（質量分數）。

將原料按照設計比例裝入聚乙烯球磨罐中，以瑪瑙球為球磨介質，加入叔丁醇溶液，在球磨機上球磨濕混1 h，使粉料混合均勻。

1.2 干燥

將混合料冷凍成固態，在干燥機上進行充分冷凍干燥。

1.3 熱壓燒結

在熱壓條件下，將混合均勻的原料粉末裝入直徑60 mm的石墨磨具內，然后在800℃，900℃，1000℃三個溫度下分別進行熱壓燒結。

壓力：27.7Mpa，時間：1 h。

2碳化硅銅基復合材料相關性能測試

2.1 體積密度和相對密度計算

燒結材料的相對密度是燒結材料的一個重要參數。

理論密度：

實際密度：排水法測密度。

步驟：

將樣品處理干凈，在電子天平上稱量質量記作m。

在燒杯中注入一定量的水（保證樣品能完全浸入水中，并且水不能溢出），稱量此時燒杯和水的質量記作G1。

用細線將樣品系好，將樣品完全懸浮于水中，稱量此時燒杯和水的質量記作G2。

根據阿基米德原理，樣品所受浮力F=G2-G1。

由公式F=ρgV排，可得樣品體積V=V排=

溫度℃ 800 900 1000 純銅

實際密度g/㎝3 7.8864 7.9231 7.7807 8.9

相對密度% 93.15 93.59 91.91

經計算，在900℃燒結的材料致密度最高。

2.2 顯微組織觀察

腐蝕劑：飽和氯化鐵溶液+5%稀鹽酸

拋光后樣品直接進行金相觀察，然后腐蝕后在進行金相觀察，觀察三個燒結溫度下組織差別。

100×，800℃ 100×，900℃

100×，800℃

金相照片中，白色為銅基體組織，分散的黑色顆粒為碳化硅晶須，塊狀的黑色團裝組織為聚集在一起的碳化硅晶須，但是從總體上看組織分布還是比較均勻的。右下圖為掃描電子顯微鏡拍攝的照片，圖中棒狀即為碳化硅晶須。

2.3 顯微維氏硬度測試

硬度儀：HXD-1000TM。

溫度℃ 800 900 1000 純銅

硬度值 82.961 82.343 84.989 68

三個溫度下制的材料硬度都比純銅提高了很多，說明在銅基體中加入的碳化硅晶須起到了強化的作用。

3實驗總結

本研究以碳化硅晶須作為增強相，利用粉末冶金技術在800℃，900℃，1000℃三個不同的溫度下進行熱壓燒結制備碳化硅銅基復合材料，并測定了三個不同燒結溫度下材料的體積密度和相對密度，觀察了顯微組織，測定了硬度，與純銅相比，其硬度值大大增高，說明碳化硅晶須起到了很好的增強作用。

參考文獻

[1]王華彬，張學忠，韓才杰，等.[J].材料科學與工藝，2001，9（1）：62-67.

[2]張克宏，莫艷，朱凱培，等.[J].硅酸鹽學報，1995，23（4）：373-378.

[3]潘金生，陳永華.晶須及其應用[J].復合材料學報，1995，12（4）：1-7.

[4]張金升，王美婷，許鳳秀.先進陶瓷材料導論[M].化學工業出版社，2007：1-5.

[5]顧建成，吳建生，曹光宇，等.上海交通大學學報，200l，35（3）：397-401.

[6]靳治良，李勝利，李武.鹽湖研究，2003，11（4）：57-66.

[7]陳東凡，田雅娟，周本廉.高分子材料科學與工程，2002，18（4）：1-5.

[8]韓歡慶，葛啟錄，陳玉萍，等.材料科學與工藝，1997，7（1）：30-32.

endprint

摘要本研究以稻殼制備的碳化硅晶須作為銅基體的增強相，制備碳化硅銅基復合材料。利用粉末冶金技術，通過銅粉、晶須混料、干燥和熱壓燒結制備出復合材料，并對其相關性能進行測定。

關鍵詞碳化硅銅基復合材料相關性能測試

中圖分類號：TB331 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）11-0022-01

以稻殼為原料制備的碳化硅晶須，是一種高強度須狀的單晶體。其晶體結構比較完整，內部缺陷少，其強度和模量均接近理想晶體。因此，晶須常作為增強組分加到金屬基體、陶瓷基體和高分子基體中起增強、增韌作用。本研究使用碳化硅晶須對銅進行強化。

1碳化硅銅基復合材料制備

1.1 混料

兩相比重：銅粉97%，碳化硅3%（質量分數）。

將原料按照設計比例裝入聚乙烯球磨罐中，以瑪瑙球為球磨介質，加入叔丁醇溶液，在球磨機上球磨濕混1 h，使粉料混合均勻。

1.2 干燥

將混合料冷凍成固態，在干燥機上進行充分冷凍干燥。

1.3 熱壓燒結

在熱壓條件下，將混合均勻的原料粉末裝入直徑60 mm的石墨磨具內，然后在800℃，900℃，1000℃三個溫度下分別進行熱壓燒結。

壓力：27.7Mpa，時間：1 h。

2碳化硅銅基復合材料相關性能測試

2.1 體積密度和相對密度計算

燒結材料的相對密度是燒結材料的一個重要參數。

理論密度：

實際密度：排水法測密度。

步驟：

將樣品處理干凈，在電子天平上稱量質量記作m。

在燒杯中注入一定量的水（保證樣品能完全浸入水中，并且水不能溢出），稱量此時燒杯和水的質量記作G1。

用細線將樣品系好，將樣品完全懸浮于水中，稱量此時燒杯和水的質量記作G2。

根據阿基米德原理，樣品所受浮力F=G2-G1。

由公式F=ρgV排，可得樣品體積V=V排=

溫度℃ 800 900 1000 純銅

實際密度g/㎝3 7.8864 7.9231 7.7807 8.9

相對密度% 93.15 93.59 91.91

經計算，在900℃燒結的材料致密度最高。

2.2 顯微組織觀察

腐蝕劑：飽和氯化鐵溶液+5%稀鹽酸

拋光后樣品直接進行金相觀察，然后腐蝕后在進行金相觀察，觀察三個燒結溫度下組織差別。

100×，800℃ 100×，900℃

100×，800℃

金相照片中，白色為銅基體組織，分散的黑色顆粒為碳化硅晶須，塊狀的黑色團裝組織為聚集在一起的碳化硅晶須，但是從總體上看組織分布還是比較均勻的。右下圖為掃描電子顯微鏡拍攝的照片，圖中棒狀即為碳化硅晶須。

2.3 顯微維氏硬度測試

硬度儀：HXD-1000TM。

溫度℃ 800 900 1000 純銅

硬度值 82.961 82.343 84.989 68

三個溫度下制的材料硬度都比純銅提高了很多，說明在銅基體中加入的碳化硅晶須起到了強化的作用。

3實驗總結

本研究以碳化硅晶須作為增強相，利用粉末冶金技術在800℃，900℃，1000℃三個不同的溫度下進行熱壓燒結制備碳化硅銅基復合材料，并測定了三個不同燒結溫度下材料的體積密度和相對密度，觀察了顯微組織，測定了硬度，與純銅相比，其硬度值大大增高，說明碳化硅晶須起到了很好的增強作用。

參考文獻

[1]王華彬，張學忠，韓才杰，等.[J].材料科學與工藝，2001，9（1）：62-67.

[2]張克宏，莫艷，朱凱培，等.[J].硅酸鹽學報，1995，23（4）：373-378.

[3]潘金生，陳永華.晶須及其應用[J].復合材料學報，1995，12（4）：1-7.

[4]張金升，王美婷，許鳳秀.先進陶瓷材料導論[M].化學工業出版社，2007：1-5.

[5]顧建成，吳建生，曹光宇，等.上海交通大學學報，200l，35（3）：397-401.

[6]靳治良，李勝利，李武.鹽湖研究，2003，11（4）：57-66.

[7]陳東凡，田雅娟，周本廉.高分子材料科學與工程，2002，18（4）：1-5.

[8]韓歡慶，葛啟錄，陳玉萍，等.材料科學與工藝，1997，7（1）：30-32.

endprint