Cu基復合材料的制備

于明志

【摘 要】采用Ti2SnC作為添加相，Cu為基體，利用放電等離子燒結技術制備Cu基復合材料。討論添加相和燒結溫度對復合材料摩擦性能的影響，研究表明：Ti2SnC/Cu復合材料的摩擦系數隨著Ti2SnC變化出現波動，但較純銅的摩擦系數低的多，Ti2SnC含量為5%時的摩擦系數僅為純銅的31%。Ti2SnC/Cu復合材料的摩擦系數隨燒結溫度的升高而先減后增，在800℃時達到最低。

【關鍵詞】放電等離子 摩擦

引言

金屬Cu因其良好的導電性和導熱性廣泛應用在電器材料中，但因其摩擦磨損性能較差而應用受到限制[1-2]。Ti2SnC導電陶瓷具有金屬和陶瓷的綜合性能，它具有良好的導電性能和加工性能，同時具有高彈性模量和抗腐蝕性，廣泛用作添加增強材料，由于Cu和Ti2SnC具有接近的熱膨脹系數，本文將Ti2SnC作為添加相增強Cu，以此來提高其摩擦磨損性能。

1 實驗方法

采用Ti2SnC作為添加相，Cu作為基體，采用放電等離子燒結技術制備Ti2SnC/Cu復合材料。采用雙罐三維擺動式高能球磨機，在較低轉速下（100rpm/min）將Ti2SnC粉和Cu粉按照一定的配比進行干式混合。

2 實驗結果與討論

本實驗重點研究了Ti2SnC/Cu復合材料的摩擦系數，通過對材料摩擦系數的研究大體上把握材料的摩擦性能。圖1、圖2、圖3分別是Ti2SnC含量為5%時燒結溫度分別為750℃、800℃、850℃所對應的材料摩擦系數。

由圖1、圖2、圖3可看到，藍線代表垂直于試樣的正應力Fz，紅色為平行于試樣方向的摩擦力Fx，底部黃線是UNMT-1微納米力學測試系統測量試樣的摩擦系數。由圖1、圖2、圖3可知，不同方向的力都隨著時間發生波動變化。

圖4是燒結溫度為800℃；Ti2SnC含量分別為0%、2%、5%、10%的Ti2SnC/Cu復合材料的磨擦系數的變化圖。圖5是含量為5%的Ti2SnC在溫度分別為750℃、800℃、850℃下燒結得到的Ti2SnC/Cu復合材料的磨擦系數的變化圖。

由圖4可知，隨著Ti2SnC含量增加，摩擦系數先減后增，在Ti2SnC含量為5%左右時摩擦系數又開始減小。這是因為隨著含量增加，固溶到銅中的顆粒越多，復合材料的強度不斷提高，摩擦性能提高。

由圖5可知，隨著燒結溫度的提高，Ti2SnC/Cu復合材料的磨擦系數先減后增。且燒結溫度在800℃左右時達到最小只有0.197。當燒結溫度太低（750）時摩擦系數為0.4378；燒結溫度太高（850）時摩擦系數達到了0.6328。這是因為，燒結溫度低時材料的致密度比較低，存在著較多的空隙，由于空隙的存在使得材料表面存在較大的凸凹度，從而材料的摩擦系數較大；而且燒結溫度不高，強化相與銅基體的結合力不強，強化相容易脫落造成磨粒磨損。

結語

采用放電等離子燒結技術制備了Ti2SnC/Cu復合材料塊體，并對Ti2SnC/Cu復合材料的性能進行了初步研究。得到如下結論：Ti2SnC/Cu復合材料的摩擦系數隨著Ti2SnC變化出現波動，但較純銅的摩擦系數低的多，Ti2SnC含量為5%時的摩擦系數僅為純銅的30%。Ti2SnC/Cu復合材料的摩擦系數隨燒結溫度的升高而先減后增，在800℃時達到最低。

參考文獻

[1]能擁軍，鄧牽.TiB顆粒增強銅基復合材料的研究[J].中南工業人學學報，2001，32（3）.294-297.

[2]賈燕民，丁秉鈞.制備彌散強化銅的新工藝[J].稀有金屬材料與程，2000，29（2）：141-143.