摻雜 sno2-cu 納米復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)及其性能研究

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1、摻雜SnO2/Cu納米復(fù)合材料的制備、結(jié)構(gòu)及其性能研究第一章緒論1.1彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)理顆粒彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料中，銅基體承擔(dān)主要的載荷，彌散顆粒為強(qiáng)化相，能夠阻止位錯(cuò)、晶界、亞晶界等在基體銅中的運(yùn)動(dòng)，因此增強(qiáng)相的強(qiáng)度取決于分散粒子對(duì)基體中缺陷的阻礙能力。強(qiáng)化機(jī)理主要如下：金屬材料的晶粒越細(xì)，在一定體積內(nèi)的晶粒數(shù)目就會(huì)越多，晶界越多，因?yàn)榫Ы缟系碾s質(zhì)和缺陷多，而且原子排列不規(guī)則，提高了晶界處的能量，最終阻礙了位錯(cuò)的通過(guò)，提高了材料的強(qiáng)度。霍爾-佩奇（Hall-Petch）公式明確指出了材料強(qiáng)度與晶粒尺寸的關(guān)系[6]。對(duì)于使用粉末冶金法生產(chǎn)的復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，通過(guò)制備細(xì)小的金

2、屬粉末，壓制燒結(jié)后可以得到細(xì)小的晶粒組織；此外細(xì)小的增強(qiáng)相彌散分布在金屬粉末周圍，燒結(jié)過(guò)程中阻礙晶界遷移，細(xì)化了基體的晶粒。伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，顆粒彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料憑借其優(yōu)秀的物理及力學(xué)性能等綜合性能會(huì)在更多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用[7]。彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料具有良好的物理及力學(xué)性能，其性能的提高可以通過(guò)改變彌散相的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、粒度大小、分布方式，或改變基體的成分、熱處理工藝等方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，，材料的可設(shè)計(jì)性較靈活，其性能兼?zhèn)浣饘倩w與增強(qiáng)相的優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)使彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料具有廣泛的應(yīng)用前景。.......1.2高強(qiáng)彌散強(qiáng)化銅基復(fù)合材料對(duì)強(qiáng)化相的要求強(qiáng)度是復(fù)合材料在工程應(yīng)用上的一個(gè)重

3、要的衡量指標(biāo)，其影響因素一直是研究的熱點(diǎn)，所以對(duì)復(fù)合材料強(qiáng)度的影響因素的研究是一個(gè)使金屬基復(fù)合材料走出低谷獲得突破的重要課題[8]?；w材料、彌散相和加工工藝決定了彌散強(qiáng)化銅的強(qiáng)度，其中彌散相所用的原料、所占據(jù)的質(zhì)量或體積的百分?jǐn)?shù)、尺寸大小、分布狀況、形態(tài)特征以及與基體的結(jié)合情況等等這些都影響復(fù)合材料的強(qiáng)度。由此可以看出彌散相對(duì)復(fù)合材料的重要性。當(dāng)滿足以下幾個(gè)方面時(shí)，可以考慮此種材料是否可以作為彌散相來(lái)使用。（1）熔點(diǎn)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和熱力學(xué)穩(wěn)定性高。只有這樣才能保證復(fù)合材料具有良好的高溫強(qiáng)度及穩(wěn)定性。（2）具有相容性。即彌散相與基體有相近的熱膨脹系數(shù)。否則在冷熱加工過(guò)程中,易在相界處

4、產(chǎn)生應(yīng)力,最終出現(xiàn)裂縫。（3）相界能低。要使不同的兩相在界面處結(jié)合牢固,就要求相界能低，這樣才能阻礙微裂紋的產(chǎn)生，提高復(fù)合材料的強(qiáng)度。（4）強(qiáng)化相與基體不相容,而且在基體中不容易擴(kuò)散。（5）彌散相的含量、尺寸大小要合適。實(shí)驗(yàn)表明,彌散相的含量在1%～15%時(shí)，復(fù)合材料的性能較好。同時(shí)按照細(xì)晶強(qiáng)化理論，晶粒越細(xì),材料的強(qiáng)度越高[9]。（6）分布狀態(tài)。當(dāng)細(xì)小的顆粒呈彌散分布時(shí)，有利于強(qiáng)度的提高；反之，若顆粒分布不均勻，甚至發(fā)生團(tuán)聚時(shí)，材料的強(qiáng)度會(huì)下降。由于納米材料具有許多神奇的物理化學(xué)性能，且顆粒細(xì)小，所以本實(shí)驗(yàn)采用納米級(jí)增強(qiáng)相，用它來(lái)制備的納米復(fù)合材料，綜合了納米材料和復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)

5、，展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景[10]。........第二章實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備及方法2.1實(shí)驗(yàn)用原材料實(shí)驗(yàn)所用的銅粉是粒度為200目、純度大于99.5%的電解銅粉。圖2.1所示的是電解銅粉的表面形貌掃描圖。由圖2.1可以看出電解銅粉末是一種有空隙的結(jié)構(gòu)，它呈樹(shù)枝狀，這樣方便在壓制過(guò)程中顆粒之間的相互嵌入，增強(qiáng)了顆粒之間的聯(lián)接性，樹(shù)枝間相互交叉達(dá)到了很好的機(jī)械嚙合效果，提高了壓坯的強(qiáng)度和密度。純銅的基本特性如下：顏色呈紫紅色，質(zhì)地堅(jiān)韌，有延展性；高的導(dǎo)電導(dǎo)熱率；熔點(diǎn)1083.4℃，沸點(diǎn)2567℃，密度8.9g/cm3。四氯化鈦TiCl4是正四面體結(jié)構(gòu)，具有高度的對(duì)稱性。室溫下，四氯化鈦為無(wú)色液

6、體，有刺激性酸味。存放TiCl4時(shí)還會(huì)生成鈦氧化物及氯氧化物，粘住使用過(guò)的塞子和注射器。四氯化鈦溶于冷水、乙醇、稀鹽酸。受熱或遇水分解放熱，生成二氧化鈦固體和有毒的較強(qiáng)腐蝕性煙氣氯化氫，生成的氯化氫會(huì)迅速吸收更多的水，生成細(xì)小的鹽酸液滴。四氯化鈦是生產(chǎn)金屬鈦及其化合物的重要中間體。聚乙二醇（PEG；Polyethyleneglycol）HO(CH2CH2O)nH，由環(huán)氧乙烷與水或乙二醇逐步加成聚合而成。依相對(duì)分子質(zhì)量不同而性質(zhì)不同，狀態(tài)從無(wú)色無(wú)臭黏稠液體至蠟狀固體。分子量200～600者常溫下是液體，分子量在600以上者就逐漸變?yōu)榘牍腆w狀，分子量1000及以上者為淺白色蠟狀固體或絮

7、片狀石蠟或流動(dòng)性粉末。無(wú)毒、無(wú)刺激性，溶于水、乙醇和許多其它有機(jī)溶劑。具有優(yōu)良的潤(rùn)滑性、保濕性、分散性等性能，在化妝品、制藥、化纖、橡膠、塑料、造紙、油漆、電鍍、農(nóng)藥、金屬加工及食品加工等行業(yè)中均有著極為廣泛的應(yīng)用。結(jié)晶四氯化錫又叫四氯化錫五水，白色或微黃色結(jié)晶或熔塊，微有鹽酸氣味，密度為2.04g/mL，吸濕性強(qiáng)，易溶于水和乙醇。常用作分析試劑、印染的媒染劑，電子工業(yè)中用于鍍錫，還用作有機(jī)合成脫水劑，織物媒染劑。.....2.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備2.2.1材料制備用設(shè)備主要包