机械活化—共还原法制备纳米钼铜复合粉末及其烧结性能的研究

论文摘要

钼铜复合材料由于具有低膨胀及高导热的优异特性,在电子材料领域中有着广泛的应用前景。采用常规的熔渗和活化液相烧结等方法制备的钼铜复合材料在综合性能方面难以满足现代科技的要求。因此,研究钼铜复合材料的制备工艺以改善其综合性能具有重要的实用价值。本文采用差热热重分析（DSC-TG）、X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）等分析手段研究了机械活化-氢气共还原法制备纳米钼铜复合粉末其烧结工艺。深入探讨了机械活化处理对纳米钼铜复合粉末的制备温度及其形貌的影响,从热力学角度讨论了还原过程反应进行的可行性,并对复合粉末的低温还原机理以及粉末晶体生长模型进行了研究。最后探讨了纳米钼铜复合粉末的烧结工艺,研究了烧结体性能并讨论了烧结温度对这些性能的影响。对MoO3和CuO原始粉末预磨12h,在531℃下焙烧可得到CUM0O4-M0O3前躯体粉末,即球磨处理降低了前躯体粉末的制备温度。对CuMoO4-MoO3前躯体粉末进行机械活化处理（高能球磨20h）,球磨过程中CuMoO4转变为不稳定、易分解的CU3Mo2O9。这种物质在较低温度（200℃）下分解出MoO2,促进还原过程的进行,使前躯体能够在低温（680℃）下制备晶粒尺寸为100～200 nm的Mo-Cu纳米复合粉末。该粉末颗粒具有“钼包覆铜”的包覆型晶体结构,不但使钼、铜两相分布极为均匀,而且有效的抑制了铜相的长大。将所制备的纳米钼铜复合粉末在不同温度下烧结,研究发现烧结温度对Mo-25%Cu的组织性能具有重要影响。在固相烧结阶段,钼铜复合材料的致密度及其他各项性能均随着温度的升高而增高。纳米钼铜复合粉末的最佳烧结温度在1050℃,此温度下钼铜复合材料的密度、硬度、电导率、导热系数及热膨胀系数分别为9.31 g·cm-3、214 MPa、22.4 MS·m-1、147 Wm-1K-1、8.5×10-6K-1。液相烧结法制备的钼铜复合材料由于铜的表面渗出而出现反致密化的现象,从而导致各种力学及物理性能的大幅降低。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 钼、铜及其复合材料的性质
• I.2.1 铜的性质
• 1.2.2 钼的性质
• 1.2.3 钼铜复合材料的性质
• 1.2.4 钼铜复合材料相比钨铜复合材料的优越性
• 1.3 钼铜复合材料的发展
• 1.3.1 钼铜复合材料国内外研究简况
• 1.3.2 钼铜复合材料的制备方法
• 1.4 铝铜复合材料的应用
• 1.4.1 气密性电子封装及热沉材料用Mo-Cu复合材料
• 1.4.2 电触头、电极用Mo-Cu复合材料
• 1.4.3 电真空散热元件用Mo-Cu复合材料
• 1.4.4 机械工程领域用梯度Mo-Cu复合材料
• 1.4.5 航天、军工及其它领域用Mo-Cu复合材料
• 1.5 本课题的研究背景及意义
• 1.6 本课题主要研究内容
• 第二章 实验方案与方法
• 2.1 技术路线
• 4-MoO₃前驱体粉末的制备'>2.2 CuMoO₄-MoO₃前驱体粉末的制备
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 制备工艺
• 2.3 纳米Mo-Cu复合粉末的制备
• 2.4 Mo-Cu复合材料的制备
• 2.5 Mo-Cu复合粉末及其烧结材料的性能与组织检测
• 2.5.1 粉体性能表征
• 2.5.2 烧结体的性能表征
• 第三章 实验结果与讨论
• 4-MoO₃前躯体混合粉末的制备'>3.1 CuMoO₄-MoO₃前躯体混合粉末的制备
• 4-MoO₃前躯体粉末制备温度的影响'>3.1.1 机械球磨对CuMoO₄-MoO₃前躯体粉末制备温度的影响
• 4-MoO₃前躯体粉末的形貌'>3.1.2 CuMoO₄-MoO₃前躯体粉末的形貌
• 4-MoO₃前躯体粉末物相的影响'>3.1.3 球磨时间对CuMoO₄-MoO₃前躯体粉末物相的影响
• 4-MoO₃前躯体粉末形貌的影响'>3.1.4 球磨时间对CuMoO₄-MoO₃前躯体粉末形貌的影响
• 4-MoO₃前躯体制备纳米Mo-Cu复合粉末'>3.2 氢气还原CuMoO₄-MoO₃前躯体制备纳米Mo-Cu复合粉末
• 3.2.1 钼铜复合粉末的物相分析
• 3.2.2 钼铜复合粉末的形貌分析
• 3.2.3 钼铜复合粉末晶粒元素分布的研究
• 3.2.4 还原温度对钼铜复合粉末颗粒度的影响
• 3.2.5 球磨时间对钼铜复合粉末形貌的影响
• 3.2.6 钼铜复合粉末的还原过程分析
• 3.2.7 钼铜复合粉末还原过程的热力学分析
• 3.2.8 钼铜复合粉末的低温还原机理
• 3.3 钼铜复合粉末的烧结与及其烧结体性能
• 3.3.1 钼铜复合粉末的烧结行为
• 3.3.2 钼铜复合粉末的烧结模型研究
• 3.3.3 钼铜烧结体的显微组织结构
• 3.3.4 钼铜烧结体的性能
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文