铜玻璃复合材料的制备和性能分析

铜/玻璃复合材料的制备和性能分析

材料094班：王波指导教师：郭宏伟

陕西科技大学材料科学与工程学院陕西西安710021

摘要：本文采用铝硼硅酸盐玻璃粉与铜粉，经过不同铜玻璃配比用高温烧结的方法得到铜/玻璃复合材料。通过抗折强度测试，得出不同烧结温度、不同配比与强度的关系。再通过XRD、SEM、热膨胀等方法对复合材料进行探究。结果表明：铜/玻璃复合材料中主要是由玻璃相、铜相、亚铜相组成，玻璃完全包裹铜相和亚铜相，烧结致密，没有气泡，复合材料的强度高。

关键词：玻璃粉，导电性，复合材料

Preparation and P erformance of C opper-glass

ABSTRACT：In this paper,aluminum borosilicate glass powder and copper powder,copper glass ratio through different methods used to obtain high-temperature sintering of copper-glass composite materials.By flexural strength tests,the different sintering temperatures and in different proportions and intensity relationships.Through XRD,SEM,and other methods of thermal expansion composites were explored.The results showed that:Copper-glass composite material is mainly made of glass phase and copper phase, cuprous phase composition,the glass completely wrapped cuprous copper phase and phase sintering,no bubbles,high strength composite material.

KEY WORDS：Glass frit,conductive,composite materials

近几年块状金属玻璃（BMG）引起了人们的广泛关注，其主要原因是金属玻璃作为高强度结构材料表现出的应用潜力[1]。然而铜/玻璃复合材料的研究在国内外的研究还不是很多，都停留在以前理论的基础之上。此次在结合前人的基础上，选用铜粉与铝硼硅酸盐玻璃粉在高温下烧结，得到一种新的复合材料，分析工艺条件对复合材料性能的影响，并通过XRD、SEM、硬力分析、热膨胀分析来研究铜玻璃复合材料的性能。

1实验

第一步：玻璃粉的制备

1）首先，按质量分数将50%的SiO2，13%的Al2O3，20%的CaO，5%的MgO，10%的B2O3，2%的Na2O，0.5%的Sb2O3混合均匀后，形成配合料；

2）然后，将配合料的加入已经升温至1400℃的刚玉坩埚中通过10min升温至1550℃，并保温20min；再将剩余配合料再加入刚玉坩埚中，并通过10min升温至1550～1600℃，保温60min后，将熔制好的玻璃液倒入水中水淬；

3）最后，将水淬后的玻璃渣捞出，烘干球磨后过400目标准筛，既得玻璃/金属复合材料用玻璃粉末；

第二步：玻璃/金属复合材料的制备

1）首先，玻璃粉末与铜粉末按照一定配比混合均匀形成混合料；

2）然后，再向混合料中加入混合料质量分数1～3%蒸馏水，并混合均匀；

3）然后，将加水的混料放入密闭的容器中，室温下放置8h备用；

4）然后，将混合料装入模具中，于40～70KPa的压力下成型；

5）然后，将成型的试样放入80℃烘箱中，保温2小时；

6）然后，将马弗炉温度升高到800℃，将试样放放入炉中3-5min，取出试样密闭冷却至常温，得到复合材料。

2结果与讨论

2.1烧结时间、温度、配料比与强度的关系

在烧结时间为4min，成型压力为70kPa，复合材料的硬力强度随温度配料比的变化如下图。强度单位（MPa）

图2-1不同配料比在不同温度下的强度关系

B-表示铜与玻璃配比1:1，C-表示铜与玻璃配比3:4，D-表示铜与玻璃配比3:5，E-表示铜与玻璃配比1:2

图2-1是不同烧结温度，不同铜玻璃配比，在烧结时间为4min，成型压力为70KPa，条件下的强度折线图。由此图2-1可以看出在烧结温度和成型压力控制不变的情况下，温度在800-870℃之间，配料比一定的情况下，随着温度的升高，复合材料的硬力强度随着增大；温度在870-900℃之间，配料比在0.6-1之间，复合材料的强度随温度的升高而降低，所以870℃是温度的一个转折点。由图可以看出配料比为1:1时，其复合材料的强度是最大的，随着配料比的降低，强度随着降低。温度在800-840℃之间时，复合材料的强度的变化不是很大，所以这个温度不是复合材料的生成温度[2]。

2.2在烧结温度为900℃，成型压力为70kPa，复合材料的硬力强度随温度配料比的变化如下图。强度单位（MPa）

图2-2是不同烧结温度、不同烧结时间，在铜玻璃配料比1:1，成型压力为70KPa下的强度折线图。由此图2-2可以看出在烧结时间为4min时，复合材料的强度是最大的。在温度为800-870℃之间时，随着温度的升高，复合材料的强度随之增大。在温度870-900℃之间时，随着温度的升高，材料强度随之降低。在870℃左右是烧结温度的一个转折点。在烧结时间为3min时，温度为800℃时，材料强度是最低的。温度在840℃时，随着烧结时间的增大，材料的变化强度不是很大，造成这种的原因是烧结温度过低，铜和玻璃没有完全反应。温度在870℃时，随着时间的增加材料强度先增大再减小，中间有最大值。在烧结时间为4min时，强度减小是因为烧结时间过长造成的。

B-烧结时间为3min，C-烧结时间3.5min，D-烧结时间4min，E-烧结时间4.5min