弥散强化铜功能材料

碳化物弥散强化铜基复合材料的研究一、本文概述随着材料科学技术的快速发展，铜基复合材料作为一种重要的工程材料，在航空航天、电子、能源、汽车等领域的应用日益广泛。

碳化物弥散强化铜基复合材料作为铜基复合材料的一种，凭借其优异的力学性能、导电导热性能以及良好的加工性能，成为了材料科学研究领域的热点之一。

本文旨在深入研究碳化物弥散强化铜基复合材料的制备工艺、组织结构与性能之间的关系，探讨其强化机制，为优化材料的性能和应用领域提供理论依据。

文章首先综述了国内外关于碳化物弥散强化铜基复合材料的研究现状和发展趋势，然后从材料的制备工艺出发，详细分析了碳化物的种类、形貌、尺寸及其在铜基体中的分布状态对复合材料性能的影响。

接着，文章通过实验和理论分析，深入探讨了碳化物弥散强化铜基复合材料的强化机制，包括细晶强化、位错强化、弥散强化等。

文章总结了研究成果，指出了研究中存在的问题和未来的发展方向，为碳化物弥散强化铜基复合材料的进一步研究和应用提供了参考。

二、碳化物弥散强化铜基复合材料的制备碳化物弥散强化铜基复合材料是一种通过引入碳化物颗粒来增强铜基体性能的新型复合材料。

其制备过程涉及到原料选择、粉末冶金、热处理和后期加工等多个环节，下面将详细介绍这一过程。

原料的选择是制备碳化物弥散强化铜基复合材料的关键。

一般来说，铜基体材料选用高纯度电解铜粉，以保证基体材料的优良导电性和塑性。

而碳化物增强相则可以根据需要选择如碳化硅（SiC）、碳化钛（TiC）等具有高硬度、高热稳定性的碳化物粉末。

接下来是粉末冶金过程，包括混合、压制和烧结等步骤。

在混合阶段，将铜粉和碳化物粉末按一定比例混合均匀，同时加入适量的成形剂和润滑剂，以提高压制过程中的成形性和烧结过程中的流动性。

混合后的粉末经过压制成型，形成所需形状的生坯。

然后在一定的温度和压力下进行烧结，使生坯中的粉末颗粒相互扩散和结合，形成致密的复合材料。

热处理是制备过程中的重要环节，其目的是消除材料内部的残余应力、提高材料的致密性和力学性能。

Al2O3-弥散强化铜合金的退火行为研究张雪辉;谢臣珍;李晓闲;刘位江;杨凯;蒋苗;祝绳健【摘要】采用原位反应合成技术制备了Cu-1.12wt％ Al2O3合金.通过力学性能测量、断口形貌观察及显微组织结构表征,系统研究了该合金的退火行为.结果表明:对冷拉拔变形量为50％的合金进行退火处理后,合金的硬度和强度均随着退火温度的提高呈缓慢下降趋势,合金韧性得到改善;合金表现为韧性断裂,且随着退火温度的升高,韧窝尺寸和深度增大,内部布满细小的纳米Al2O3颗粒;退火态合金位错密度低于冷拉拔态情形、中温退火(873 K)时合金组织以变形位错胞组织和位错墙为主,高温退火(1 223 K)后出现亚晶组织,偶可见亚晶合并、长大并发展成为原始再结晶核心的过程,但由于纳米Al2O3颗粒的钉扎位错作用和抑制再结晶效应,基体中仍未发现有明显的再结晶组织存在,合金展示出优异的抗高温软化性能.%Cu-1.12wt％A12O3 alloy is fabricated by in-situ reactive synthetic technology,and its annealing behaviors are studied by means of mechanical property measurement,fracture morphology observation and microstructure representation,respectively.The results show that the Rockwell hardness and strength of Cu-1.12wt％ Al2O3 alloy with cold drawing deformation of 50％ slightly decrease with the increase in annealing temperature,and its toughness is also improved.The fracture mechanism of the alloy is a typical ductile fracture,the size and depth of dimple increase with the increase in annealing temperature,and many tiny alumina particles are bestrewn inside dimple.The dislocation density of annealed alloy is lower than that of cold-drawn alloy.The alloy microstructure is mainly composed of deformation dislocation cells and dislocation walls at intermediateannealing temperature (873 K).After high temperature annealing (1 223 K),the subgrain structure is formed,and the merging,growth and development of subgrains can be found to be a process of original recrystallization.As a result of the dislocation of fine alumina particles and grain boundary motion,no obvious recrystallized grains exist in the matrix.The Cu1.12 wt％ Al2O3 alloy has a high softening resistance at elevated temperature.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2017(038)011【总页数】6页(P2220-2225)【关键词】复合材料;Cu-1.12wt％ Al2O3合金;退火行为;力学性能;显微组织【作者】张雪辉;谢臣珍;李晓闲;刘位江;杨凯;蒋苗;祝绳健【作者单位】江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州341000;江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TG146.1+1;TG166.2Al2O3-弥散强化铜(Cu-Al2O3)合金是以高熔点、高硬度、良好热稳定性和化学稳定性的纳米Al2O3颗粒作为增强相，并使其均匀弥散分布在铜基体内，具有高强度、高导电、高耐热的新型功能材料[1-4]，广泛应用于电磁炮导轨材料、大规模集成电路引线框架、电阻焊电极以及国际热核聚变实验堆(ITER)垂直靶材散热片等涵盖先进民用制造业、电子信息业、国防科技工业在内的诸多高新技术领域[5-6]。

氧化铝弥散强化铜生产工艺
引言：
氧化铝弥散强化铜是一种常用的金属复合材料，具有优异的力学性能和导热性能。

本文将介绍氧化铝弥散强化铜的生产工艺，包括原料准备、混合、成型、烧结和后处理等环节。

一、原料准备
1. 氧化铝粉末：选择高纯度的氧化铝粉末作为原料，确保产品的质量和性能。

2. 铜粉：选用高纯度的铜粉，与氧化铝粉末进行混合，以实现弥散强化效果。

二、混合
将氧化铝粉末和铜粉按一定比例混合，可以通过机械搅拌或球磨的方式进行。

混合的目的是使两种粉末均匀分散，以提高复合材料的均一性和稳定性。

三、成型
混合后的粉末可以通过压制成型的方式得到所需形状的坯料。

常用的成型方法包括等静压成型、注射成型和挤压成型等。

成型过程中需要控制压力和温度，以确保坯料的致密度和形状的精度。

四、烧结
成型后的坯料需要进行烧结处理，以实现粉末颗粒的结合和材料的致密化。

烧结过程中，通过加热使粉末颗粒发生扩散反应，形成金属结合相，从而提高复合材料的力学性能和导热性能。

五、后处理
烧结后的复合材料需要进行后处理，包括热处理和表面处理。

热处理可以进一步提高材料的强度和硬度，而表面处理可以改善材料的耐腐蚀性能和外观质量。

结论：
氧化铝弥散强化铜是一种具有广泛应用前景的金属复合材料。

通过合理的生产工艺，可以获得高质量的氧化铝弥散强化铜制品。

在实际生产中，需要严格控制每个环节的工艺参数，以确保产品的性能和质量。

随着科技的不断进步，氧化铝弥散强化铜在航空航天、电子器件和汽车工业等领域的应用将会越来越广泛。

弥散强化铜合金中文名称：弥散强化铜合金英文名称：dispersion strengthened copper alloy定义：用和铜具有良好相容性的高稳定性、高模量弥散质点来强化的铜合金。

应用学科：材料科学技术（一级学科）；金属材料（二级学科）；有色金属材料（二级学科）；铜及其合金（二级学科）简介弥散强化铜合金又称氧化铝铜（Cu-Al2O3）是一种优异的高强、高导材料。

由于纳米级Al2O3对基体铜的弥散强化作用，该合金具有高强度、高硬度、高导电率及高软化温度等特性。

弥散铜棒其特点如下：组织稳定，无相变。

屈服强度和抗拉强度高。

常温硬度高，随着温度升高，硬度下降幅度小，高温抗蠕变性能好。

热、电传导率高。

加工性能优良。

软化温度高达930℃，是铜合金中比较高，但是低于钨铜（1000℃）导电率高达85%IACS，散热性能介于钨铜（220 W/m.k) 以及纯铜（390 W/m-k）之间。

硬度超过HRB 84，强度高，疲劳性能和耐磨性能好。

产品牌号及性能牌号硬度HRB 导电率%IACS抗拉强度MPa典型使用条件备注1 64-66 90 480 弯电极相当于C157152 74-76 85 545 冲压电极帽相当于C157403 78-80 83 560 冲压电极帽或机加工电极比C15740性能稍高4 80-84 80 610 机加工电极相当于C15760主要用途主要用于电阻焊电极头、电极帽、电焊轮、电极臂、切割及气保焊用的导电咀、真空开关、电气接插件、触头、服务领域电工、电子及通讯汽车、家电及容器制造、模具等。

弥散强化各种热力机械(燃气轮机、喷气发动机、火箭)、宇航工业、原子能工业对耐热材料的要求很高。

现在，飞机喷气发动机使用的耐热金属材料主要是镍基和钴基超合金，其主要强化机构是通过热处理析出第二相，但使用温度还是有一定限度的。

钼基台金、铌等高熔点金属及其合金的高温强度是优越的，但抗氧化性差。

弥散强化合金作为这二者中间的耐热材料有所希望得到应用。

金属化合物或氧化物用作高强度合金的第二相，比基体金属硬得多。

在基体中渗入第二相的方法有好几种，最常见的是利用固溶体的脱溶沉淀，进行时效热处理，这就是沉淀强化；以后又发展了内氧化法、粉末冶金法，称为弥散强化。

所谓弥散强化，就是使金属基体(金属或固溶体)中含有高度分散的第二相质点而达到提高强度的目的。

虽然加入第二相的方法不同，但强化的机理却有共性，沉淀强化的情况更复杂。

一、弥散强化的机理弥散强化机构的代表理论是位错理论。

在弥散强化材料中，弥散相是位错线运动的障碍，位错线需要较大的应力才能克服障碍向前移动，所以弥散强化材料的强度高。

位错理论有多种模型用以讨论屈服强度、硬化和蠕变。

下面分析几种主要的位错理论模型。

1．屈服强度问题(1)奥罗万机构奥罗万机构的示意图如图7—23所示。

按照这个机构，位错线不能直接超过第二相粒子，但在外力下位错线可以环绕第二相粒子发生弯曲，最后在第二相粒子周围留下一个位错环而让位错通过。

位错线的弯曲将会增加位错影响区的晶格畸变能，这就增加了位错线运动的阻力，使滑移抗力增大。

在切应力τ作用下，位错线和一系列障碍相遇将弯曲成圆弧形，圆弧的半径取决于位错所受作用力和线张力的平衡。

在障碍处位错弯过角度θ(见图7-24)，障碍对具有柏氏矢量b 的位错的作用力F 将与位错的线张力T 保持平衡θsin 2T F =作为位错运动的障碍，第二相粒子显然比单个溶质原子要强，因此c θ(临界值)要大些。

当2πθ=时，位错线成半圆形，作用于位错的力F 最大。

如果用线张力的近似值221Gb （G 是切变模量），临界切应力b F c λτmax =（λ是位错线上粒子间的距离）代入上式，则可得2Gb b c =τλ所以 λτGbc =从此式可以看出，屈服应力与粒子间距成反比，粒子间距越小，材料的屈服强度越大。