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一种制备致密钼铜复合材料的方法
钼铜复合材料是由钼、铜两种单体混合而成的特殊功能材料,它综合了钼与铜的物理性能,具备良好的抗熔焊、耐烧损和耐高温强度、高导电导热等性能,因而获得广泛应用,特别是在电触头领域极有发展潜力,因为它的抗电弧烧蚀性优于常用的钨基电触头材料。但真空开关接触材料不仅要求合适的硬度、优良的导电性和耐损蚀性,还要求其全致密(98%以上),然而常规粉末冶金方法制备的高钼含量的钼铜材料存在成形性不好、孔隙分布不均、难以完全致密等问题,极大地限制了该材料的生产和实际应用。
上海工程技术大学研发了一种制备致密钼铜复合材料的方法,取得了良好效果。他们采用了纤维基体相结构。基体金属纤维继承了金属本身固有的特性,而液态金属在纤维预制体中的渗透系数比在粉末预烧结坯的渗透系数大,故有利于提高最终材料的致密度;同时,纤维结构的孔隙率变化范围大,易于调节。他们的方法是:首先制备三维钼纤维预制体,作为钼铜复合材料的基体相,然后将铜熔渗其中。实验原料为高纯钼纤维,丝径为0.2µm,铜为T2紫铜。将钼纤维通过无纺铺制、叠配,经高温烧结制成蓬松的纤维毡,再将纤维毡通过模压压制成柱状纤维预制体,压制压力控制在20~80MPa范围内;然后将紫铜和钼纤维预制体一起放置于烧结舟中,铜放置于钼纤维预制体上面,在真空度为1MPa的真空环境下进行熔渗烧结,烧结温度为1240℃,保温时间为1.5h,最终获得纤维结构的钼铜复合材料。
对所获材料的组织检测显示,该钼铜复合材料具有致密均匀、特征明显的纤维结构组织。钼纤维预制体经过高温烧结后仍保持无纺编织的形态,且间隙分布均匀。在1240℃的熔渗温度下,铜较好地浸渗到钼纤维预制体的孔隙中,并保持原来的金属光泽。随钼质量分数的增加,钼纤维预制体的孔隙度由33.46%减小到15.75%,其组织结构趋于紧密排列。可以确定,通过无纺技术,经压制获得的钼纤维预制体可形成较宽范围的孔隙度,同时,高温烧结后能保持一定的孔隙度和孔径形状,从而可得到钼含量可调节的钼铜复合材料。检测还显示,钼纤维与铜相间界面结合紧密、平整,不存在异质相,其组织形貌保持明显的纤维毡结构特征。由于纤维预制体在空间中形成三维网络骨架,骨架内通道彼此连通,有利于铜相充分浸渗,从而形成两相结合稳定的界面结构。实验表明,钼纤维预制体的孔隙度范围为15.75%~33.46%时,预制体的孔空间形成贯通孔,在真空高温烧结过程中,钼纤维预制体中连通孔空间无气体占据,有利于铜相的充分渗透,使材料的致密化程度得以提高。
研究结果表明,他们所获得的纤维结构钼铜复合材料的致密度可达到99%以上。在钼质量分数为84.77%时,所得材料的致密度达到最大值99.43%,其硬度为226.7HV,电导率为16.5MS/m。
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