TiB_2含量对TiB_2Cu复合材料性能的影响

　　铜及其铜合金被广泛应用在要求具有高导电和高导热的工作环境中，但当工作温度超过铜合金的软化温度时，铜合金将由于软化而导致强度和蠕变抗力下降而失效常用的析出强化型铜合金（如铜铬合金和铜锆合金）其软化温度也只有500°C左右，其工作温度不能高于其软化温度，因而需要研究一种导电率高于70%IACS和软化温度在50C以上的铜合金，满足这种要求的铜合金主要是颗粒增强铜基复合材料MMCs电率和高熔点的金属间化合物，使得TiB2/Cu复合材料具有较高的电导率和高的软化温度（90左右），因而有关TiB/Cu复合材料的研究是铜基复合材料研究领域的一个热点4！由于Ti和B的亲和力很大，采用一般的铸造和粉末冶金技术制造的此类复合材料中，TiB2偏析较大而且呈树枝状晶分布，使TiB2/Cu复合材料达不到预期的性能为了减少TiB偏析和细化TiB的颗粒，采用原位生成是较理想的方法本文利用机械合金化后的Cu（TiB）过饱和固溶体在自制的真空加压烧结炉中进行加压烧结，制备原位生成TiB2/Cu复合材料，探讨TiB2的含量对TiB2/Cu复合材料性能的影响2试验方法150，um），B粉（<50，um）和Ti粉（<150Mm）按Cu合金中含一定量（质量分数，）的TiB进行（Ti和B的原子比为1：2）配料，其中（T+2B）的含量分别为0.51.01.52.025将混合的粉末分别球磨27h，得到过饱和固溶体Cu（TiB）粉末，球磨试验的方法是：将混合好的合金粉末放入球磨机的料筒中，球磨之前，先将料筒抽成真空，再充入99. 99%的高纯氩气，然后再抽成真空，再充入高纯氩气，这样反复五次，以充分提高料筒中氩气的纯度球磨时球料比为30：1搅拌器的转速为330r/min，球磨时料桶外通冷却水进行冷却。球磨27h后形成了Cu（TiB）过饱和固溶体和少量的TiCu3将机械合金化后的Cu（TiB）过饱和固溶体粉松装在石墨模具中，再一起放入自制的真空加压烧结炉内，在烧结温度为890°C，烧结压力为50MPa，保温和加压时间为25h的最佳烧结工艺下进行烧结，在烧结过程中Cu（TiB）过饱和固溶体中的B和Ti以及少量的TiCu3原位生成了Tift，此时将得到Tift/Cu复合材料「51.对烧结成品的性能检测包括电导率硬度密度（本文指相对密度）软化温度、显微组织及断口分柝电导率的测试是在FQR-7501涡流导电仪上测得的，硬度测试是在布洛维硬度计上进行的。所有被测性能值（除抗拉强度值外）都为10个数的平均值。

　　3试验结果是在最佳烧结工艺下Tia /Cu复合材料的密度电导率以及硬度、抗拉强度随Tift含量变化的曲线，从上述曲线可以看出，随铜基复合材料中含TiB量的增加，密度和电导率随Tift的增加有所下降，硬度值逐渐上升，抗拉强度是先升后降，在20%Tift处出现峰值。

　　的室温硬度按照软化温度的定义，由图可见，含TiBz的铜基复合材料的软化温度大于900°C，比常用的CuCrZr材料提高了近400C. Tift/Cu复合材料室温硬度随保温温度的变化是Cu-20（Ti+2B）在880C保温2.5h后电镜照片（a）及照片中的BTiCu的面扫描分析结果（b）和照片中弥散点的点分析谱线（c），弥散点的点分析谱线显示其BTi的原子比为2：1，由此可以证明此时已生成了TiB2，尺寸约为丨m，并且形成的TiB2均匀分布在基体上从TiR含量为1.5%的金相照片a可以看出，晶粒尺寸细小并且均匀，TiR增强相无偏集现象b是该复合材料在950C保温1h后的金相照片。对比可知，晶粒几乎没有多大的改变。

　　含TiR为1.5%铜基复合材料的断口形貌，宏观上基本呈45°剪切断口，微观断口上存在许多的撕裂棱和微小的韧窝，并且韧窝由于撕裂发生变形，表明材料基体的界面之间。由于八在韧窝内的断口撕裂Mis大的fe响A1般来讲材料的电与材料显微组织的bookmark9有较好的塑性。是断口的高倍形貌，可以清晰地看到韧窝的底部有一些细小的颗粒通过对无颗粒的韧窝进行成分分析，结果表明：没有Ti元素存在，说明断口处的断裂为“拔出”型断裂，另外在整个断口上没有发现具有小方向特征的断裂区域，说明在整个断口上不存在TiR的断裂现象，也说明了断裂发生在颗粒与此颗粒与基体分离之前在交界处产生了一定的塑性变形，所以说明了颗粒与基体之间的结合良好。

　　4分析与讨论导电性是衡量铜基复合材料性能的重要指标之一。从可见，不同TiB2含量对材料的电导率有较含TiB：为1.5%的铜基复合材料的断口形貌类型、显微组织构成及宏观密度有关。TiB2/Cu复合材料的电导率除了与基体Cu有关外，还与TiB含量的多少及TiB与基体之间的结合有关，TiB/Cu复合材料的电导率为：电导率；c为铜基复合材料中TiB的体积含量合材料的电导率e下降由于TiB：的密度只有铜的密度的一半，因而随TiB的含量增加，TiB/Cu复合材料的密度下降材料的硬度实际上是表征材料的弹性、塑性、形变强化和韧性等一系列不同物理量组合的一种综合性能指标，因而从铜基复合材料的硬度曲线可以看出TiB的含量对材料力学性能的影晌复合材料中的TiB颗粒是从过饱和固溶体Cu（TiB）中原位生成的，其生成的机制资料也有详细的分析。由于TiB颗粒的弹性模量较高，因而属于“不可变形”微粒，可以按照奥罗万理论对此类复合材料的强度进行解释。即位错线绕过间距为X的TiB颗粒时，所需的切应力t可以下式决定：作用越大，减小颗粒尺寸或提高TiB2粒子的体积分数，都使铜基复合材料得到强化，使硬度和强度增加；当TiB颗粒的含量超过2 0%后强度下降的原因可能是TiB2颗粒的增加割裂了基体之间的联系造成的铜基复合材料软化温度的高低主要取决于复合材料基体在高温下的回复程度及增强相TiB热稳定性的好坏，TiB作为铜基复合材料的增强相，具有硬度高、熔点高、弹性模量高、化学性质稳定，具有良好的热稳定性，因而在高温退火时，TiB2不可能长大，即没有改变TiB2弥散强化的效果。此外，根据胡赓祥的分析，基体金属回复后极限晶粒的平均直径Dim取决于分散相粒子的尺寸r及其所占的体积分数f晶粒的平由于在高温退火前后，铜基复合材料中TiB粒子的尺寸和体积没有多大的变化，阻止了铜基体在退火时的晶粒回复和长大，所以基体的平均直径D￡m没有长大因而含TiB2的铜基复合材料具有高的软化温度。

　　5结论的增加都有所提高，但强度在TiB的含量超过2.0%后有所下降，电导率随TiB含量的增加有所下降，软化温度基本保持在90C左右。

　　铜基复合材料中的增强相TiB颗粒尺寸约为m，TiB分布均匀，无宏观偏析，与基体之间的结合牢固