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铜—石墨复合材料的制备与性能研究

作　者: 杨牧南
导　师: 左孝青
学　校: 昆明理工大学
专　业: 材料物理与化学
关键词: 铜-石墨复合材料压力烧结相对密度硬度电导率
分类号: TB333
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

铜-石墨复合材料作为理想的自润滑导电材料,常用于电极、电机电刷以及电力机车受电弓滑板等电接触元件。本文基于传统烧结工艺的基础之上,对铜-石墨复合材料施以烧结压力来促进烧结过程。通过改变烧结时的实验工艺参数,改善铜-石墨复合材料的综合性能,并总结出不同工艺参数对于材料物理性能的影响及其变化规律。主要结论如下：1)材料在粉末配比为铜89wt%、铁5wt%、锡4wt%、石墨2wt%,混粉时间3h,压制压力为525MPa,保压时间3min,烧结温度945℃,烧结压力为200MPa,保温时间120min的情况下,制得相对密度0.895,硬度64.7HB,电导率6.2MS/m的试样。2)试样的相对密度随着烧结温度增加呈现先增大后减小的趋势,945-C时相对密度达最大值；压制压力、烧结压力和保温时间的增大,相对密度也随之增大,当压制压力525MPa、烧结压力200MPa时,对相对密度的影响逐渐降低。3)试样的硬度随着压制压力、烧结压力和保温时间的增大都呈现出增大的趋势；烧结温度对于硬度的影响则表现为随温度升高先增大后减小,当温度在945℃时硬度达最大值。4)烧结坯的电导率随着压制压力、烧结压力的增大而增大;烧结温度的提高和保温时间的延长,电导率呈现先增大后减小的趋势,在烧结温度920℃,保温时间120min时达最大值。5)试样的磨损质量随着压制压力和烧结压力的增大而升高；随着烧结温度的升高磨损量先减小后增大,在945℃时试样磨损质量最小；保温时间的增加使磨损质量呈现出先增后减的趋势,保温时间为60min时,试样磨损质量最大。6)压力会改变粉末的表面状态,提高粉末表面的活性和原子扩散能力。改变颗粒接触面的特性,从而加速烧结金属原子扩散和物质迁移,促进烧结过程。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-20
  1.1 铜-石墨复合材料  9-14
    1.1.1 铜-石墨复合材料简介  9-11
    1.1.2 铜-石墨复合材料的制备工艺  11-13
    1.1.3 铜-石墨复合材料的应用  13-14
  1.2 铜-石墨复合材料存在的问题及分析  14-17
    1.2.1 铜-石墨复合材料烧结技术的比较与分析  14-15
    1.2.2 铜-石墨复合材料的性能存在的问题及分析  15-17
  1.3 压力烧结技术  17-19
    1.3.1 压力烧结过程  17-18
    1.3.2 压力烧结致密化  18-19
  1.4 研究内容及意义  19-20
第二章铜-石墨复合材料的制备与分析测试方法  20-31
  2.1 研究方案  20-21
  2.2 铜-石墨复合材料的选择  21
  2.3 铜-石墨复合材料制备工艺  21-23
  2.4 压力烧结设备的设计和组装  23-27
    2.4.1 压力烧结设备的选材  24-25
    2.4.2 压力烧结模具的设计  25
    2.4.3 模具支撑体的设计  25-26
    2.4.4 角钢架的设计  26-27
    2.4.5 其它实验设备  27
  2.5 分析测试方法  27-30
    2.5.1 相对密度  27-28
    2.5.2 电阻率  28-29
    2.5.3 布氏硬度  29
    2.5.4 磨损性能  29-30
    2.5.5 机理研究  30
  2.6 本章小结  30-31
第三章工艺参数对铜-石墨复合材料组织与性能的影响  31-58
  3.1 烧结温度对铜-石墨复合材料的影响  31-39
    3.1.1 烧结温度对铜-石墨复合材料组织的影响  31-35
    3.1.2 烧结温度对铜-石墨复合材料相对密度的影响  35-36
    3.1.3 烧结温度对铜-石墨复合材料硬度的影响  36-37
    3.1.4 烧结温度对铜-石墨复合材料电导率的影响  37-38
    3.1.5 烧结温度对铜-石墨复合材料磨损量的影响  38-39
  3.2 压制压力对铜-石墨复合材料的影响  39-45
    3.2.1 压制压力对铜-石墨复合材料组织的影响  39-41
    3.2.2 压制压力对铜-石墨复合材料相对密度的影响  41-42
    3.2.3 压制压力对铜-石墨复合材料硬度的影响  42-43
    3.2.4 压制压力对铜-石墨复合材料电导率的影响  43-44
    3.2.5 压制压力对铜-石墨复合材料磨损量的影响  44-45
  3.3 烧结压力对铜-石墨复合材料的影响  45-51
    3.3.1 烧结压力对铜-石墨复合材料组织的影响  46-47
    3.3.2 烧结压力对铜-石墨复合材料相对密度的影响  47-48
    3.3.3 烧结压力对铜-石墨复合材料硬度的影响  48-49
    3.3.4 烧结压力对铜-石墨复合材料电导率的影响  49-50
    3.3.5 烧结压力对铜-石墨复合材料磨损量的影响  50-51
  3.4 保温时间对铜-石墨复合材料的影响  51-56
    3.4.1 保温时间对铜-石墨复合材料组织的影响  51-52
    3.4.2 保温时间对铜-石墨复合材料相对密度的影响  52-54
    3.4.3 保温时间对铜-石墨复合材料硬度的影响  54
    3.4.4 保温时间对铜-石墨复合材料电导率的影响  54-55
    3.4.5 保温时间对铜-石墨复合材料磨损量的影响  55-56
  3.5 本章小结  56-58
第四章压力强化烧结作用机理分析  58-64
  4.1 压力的作用  58-59
  4.2 机理分析  59-62
  4.3 本章小结  62-64
第五章结论  64-66
  5.1 结论  64-65
  5.2 展望  65-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
附录A 攻读硕士学位期间发表论文情况  71-73

铜—石墨复合材料的制备与性能研究

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