石墨表面镀铜对石墨_铜复合材料强度影响的研究

石墨表面镀铜对石墨-铜复合材料强度影响的研究

王文芳1,许少凡1,凤仪1、应美芳1,王成福1,顾家山2,储道葆2,成发华2,

(1.合肥工业大学材料系,安徽合肥230009;2.安徽师范大学有机化学研究所,安徽芜湖241000)

摘　要:石墨与铜的界面结合及石墨在基体中的分布方式是影响石墨2铜基复合材料抗弯强度的重要因素。本文用镀铜石墨粉制备石墨2铜复合材料,并测定了材料的抗弯强度,对断口进行扫描分析。结果表明,石墨经镀铜处理后,使得石墨2铜复合材料抗弯曲强度显著提高。

关键词:石墨2铜复合材料;抗弯强度;镀铜石墨

中图分类号:T G115.5 文献标识码:A 文章编号:100123814(1999)0620028202

Research of the Effcts of Copper-coa ted Graph ite on the Strength of

Graph ite-Copper M a tr ix Com posites

WANG W e n2fa ng1,XU S ha o2fa n1,FENG YI1,YI N G M e i2fa ng1,WANG C he ng2Fu1,

GU J ia2s ha n2,CHU D a o2ba o2,CHENG Fa2hua2

(1.H ef ei un iversity of T echnobgy;2.A uhu i N or m a l U n iversity)

Abstract:T he in terface betw een graph ite and copper as w ell as distribu ted fo rm is a very i m po rtan t facto r to affect bending strength of graph ite2copper compo sites.In th is paper,the graph ite2copper compo sites m ade from copper2coated graph ite pow der are adop ted.T he bending strength is m easu red and the fractu re is analyzed.T he resu lts show that the bending strength of graph ite2copper compo sites is rem arkab ly increased after graph ite is coated copper.

Key words:graph ite2Cu m atrix compo sites;bending strength;copper2coated graph ite

金属石墨复合材料以其具有高导电性,导热性和耐磨性,在新型功能材料领域受到广泛关注。但是,在石墨铜复合体中,石墨与铜两组分间互不相溶、不发生化学反应,并且它们的比重差大,使得用传统粉末冶金方法制备碳2铜复合材料存在着混料不均匀、界面结合强度低、复合材料的显微组织中金属难以连成网状等问题。因此,在将碳2铜复合材料用于电接触材料时,影响了构件的物理和力学性能,也使得其使用寿命难以提高。石墨粉末表面涂覆金属,是目前研究较多的一个课题[1,2],通过在石墨粉末表面涂覆金属,再与铜复合制备碳2铜复合材料的新工艺,能明显改善复合材料的组织,提高导电性能[3]。本文就石墨镀铜后对复合材料强度的影响进行了研究讨论。

1　复合材料的制备及性能测试

实验用石墨粉为上海胶体化工厂生产的试剂石墨粉(粒度小于30Λm),钢粉为粒度小于74Λm的高纯铜粉。将石墨表面进行化学镀铜,镀覆状况如图1所示。将镀铜后的石墨和铜粉进行还原处理,然后分别过筛,再经混合(质量分数比为镀铜石墨∶铜粉=15∶85)、压制、烧结后制备成石墨2铜基复合材料,图2所示。

试样抗弯强度的测试按国标GB1994.7280标准,在日本产岛津材料试验机上进行,加载方向平行于压制方向。在S2750型扫描电镜下观察弯曲断口形貌。

2　实验结果及分析

2.1　石墨镀铜后其复合材料硬度和抗弯强度的变化

一般来说,用粉末冶金方法制备的复合材料,其强度与烧结后的密度有一定关系,因此将在密度相近条件下,对复合材料的抗弯强度进行对比,结果如表1所示。在扫描电镜下观察到的弯曲断口形貌如图3所示

。

图1　镀铜石墨粉 图2　镀铜石墨2铜基复合材料

表1　石墨2铜复合材料的力学性能

　镀铜石墨2铜复合材料普通石墨2铜复合材料密度(g c m3)5.31125.16545.00675.46915.18205.1430抗弯强度(M Pa)56.2752.1654.0340.3130.9735.88

硬度(HR588 10)6561.55664.56157

2.2　分析和讨论

由表1可见,石墨经镀铜处理后,使石墨2铜复合材料的抗弯强度提高40%～60%,效果是非常显著的。而硬度基本没有变化。

由图3可见,镀铜石墨2铜复合材料和普通石墨2铜复合材料的断口形貌有较明显的差别。后者基本上

收稿日期:1999207209

基金项目:国家自然科学基金项目和安微省教委重点资助项目。

作者简介:王文芳(19582),女,湖南常德人,工程师,硕士。

—

8

2

—《热加工工艺》1999年第6期

图3镀铜石墨2铜复合材料(a)、石墨2铜复合材料(b)断口形貌表现为脆性断口,裂纹沿大片石墨面和铜颗粒界面发生解理;前者则表现出较典型的韧性断口形貌,基体大多呈现撕裂型长微坑韧性断口,几乎难以找到大片石墨的解理面,同时在小片石墨的断面上明显可见一些铜微粒。由于石墨2铜复合材料强度的大小主要取决于基体铜颗粒间结合力的大小和铜网络构架间连接的状况,因此,抗弯强度也应是组织结构敏感因素。石墨表面镀铜,在一定程度上减少了石墨之间的结合面,改善了铜颗粒间界面以及铜与石墨界面结合状态,也增加了铜2铜连接的几率。由此可见,在镀铜石墨2铜复合材料中,基体铜包围石墨呈网状分布、石墨细小均匀分布和石墨间界面的减少,使裂纹萌生区域减少,裂纹扩展阻力增大。可以认为,由于石墨表面化学镀铜,减少了石墨之间的界面,改善了石墨2铜复合材料组织结构,提高铜2石墨界面结合强度和铜颗粒间的结合强度的综合结果,使镀铜石墨2铜复合材料抗弯强度显著提高。

4　结论

石墨表面经过化学镀铜,使石墨在基体中弥散、均匀分布,从而明显地改善石墨 铜界面结合和复合材料的组织结构,使复合材料的性能显著提高,其抗弯强度提高达40%～60%。将该复合材料用于电接触件材料可使制品的导电性、强度、耐磨性以及使用寿命明显提高。由于该新工艺是粉末冶金制备工艺方法基础上的改进,因此,它的实际应用和推广有着重要的意义。

参考文献:

[1]　朱满康.铜镀覆石墨粉的研制及其性能[J].炭素,1996,(3):22.

[2]　L ee P K.H igh2current brush m aterial developm ent[M].Part I

sinter m etal2coated graph ite.IEEE T ransacti on O n Component

H ybrids.

[3]　王文芳等.镀铜石墨2铜基复合材料组织和性能研究[J].合肥工业

大学学报,1999,22(1):35.

热变形参数对T i-15-3组织的影响

李萍,许沂,吕炎

(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨150001)

摘　要:通过等温压缩试验研究了热变形参数——温度、变形程度对T i21523合金组织的影响。结果表明,T i21523合金件热成形加工时,在等强温度附近经过较大程度的变形可以得到晶粒细小的均匀组织。

关键词:T i21523合金;组织;热变形参数

中图分类号:T G113.1 文献标识码:A 文章编号:100123814(1999)0620029203

The I nf luence of Hea t Form i ng Param eters on the M icrostructure of T i-15-3A lloy

L I P ing,XU Yi,LU Ya n

(S chool of M a teria ls S cience and E ng ineering,H a rbin Institu te of T echnology) Abstract:Influence of heat fo rm ing param eters(temperatu re and strain)on the m icro structu re of T i21523alloy has been studied by iso therm al comp ressi on test.T he resu lt show s,the un ifo rm m icro structu re w ith fine grain s can be at2 tained by defo rm ing near equal strength temperatu re strongly du ring heat fo rm ing T i21523alloy parts.

Key words:T i21523alloy;m icro structu re;heat fo rm ing param eters

1　引言

T i21523(T i215V23C r23Sn23A l)合金是80年代初研制成功的一种新型可冷成形的亚稳定Β型钛合金。与其它任何钛合金相比,Β钛合金具有最大的强度 质量比,具有优异的冷成形性。由于T i21523的合金元素总量低于多数Β钛合金,故简化了冶炼工艺,使产品在成分上和性能的均匀性及稳定性方面得到可靠保证。

目前,T i21523合金已引起了广泛的关注。该合金经固溶后拉伸的屈服强度为785N mm2,经时效处理便可使强度增大到1177～1275N mm2,适用于航空航天工业中制造强度高、形状复杂的零件,是一种比较

收稿日期:1999208206

作者简介:李萍,(19732)女,博士生;许沂(19662),男,副教授,博士。

—

9

2

—

《热加工工艺》1999年第6期