W-Cu復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制備與性能

前言

　　汪峰濤博士學(xué)位論文研究工作是在吳玉程教授的指導(dǎo)下完成的，本論文基于研究的結(jié)果總結(jié)而成。此研究得到安徽省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（070414180）、中科院合肥物質(zhì)研究院合作項(xiàng)目（103-413361）以及合肥工業(yè)大學(xué)中青年創(chuàng)新群體基金（103-037016）等項(xiàng)目的資助，以高性能細(xì)晶W-Cu、W-Cu／A1N復(fù)合材料和W-Cu梯度功能材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)、制備工藝和性能為研究內(nèi)容，試圖進(jìn)一步成熟和拓展機(jī)械合金化制備W-Cu復(fù)合材料的技術(shù)工藝，并結(jié)合計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，開發(fā)出新型W-Cu／A1N復(fù)合材料和W-Cu梯度功能材料，為今后高性能W-Cu復(fù)合材料在實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域中的拓展提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。　　在論文的研究過程中，得到合肥工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院的黃新民、湯文明、王文芳、李云、鄭玉春、程娟文、劉岸平、舒霞、徐光青等老師，及本實(shí)驗(yàn)室成員王德寶、陳勇、鄧景泉、王德廣、王涂根、任榕、宋林云、洪雨等在實(shí)驗(yàn)和分析過程中給予的幫助，合肥工業(yè)大學(xué)化工學(xué)院的唐述培老師在XRD分析過程中給予的幫助，中科院固體物理研究所孔明光老師在樣品表面測試方面給予的幫助，在此一并向他們表示誠摯的謝意！　　由于作者水平有限，寫作中難免出現(xiàn)錯(cuò)誤，敬請讀者批評指正。

內(nèi)容概要

　　《W-Cu復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制備與性能》基于研究的結(jié)果總結(jié)而成。此研究得到安徽省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（070414180）、中科院合肥物質(zhì)研究院合作項(xiàng)目（103-413361）以及合肥工業(yè)大學(xué)中青年創(chuàng)新群體基金（103-037016）等項(xiàng)目的資助，以高性能細(xì)晶W-Cu、W-Cu／A1N復(fù)合材料和W-Cu梯度功能材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)、制備工藝和性能為研究內(nèi)容，試圖進(jìn)一步成熟和拓展機(jī)械合金化制備W-Cu復(fù)合材料的技術(shù)工藝，并結(jié)合計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，開發(fā)出新型W-Cu／A1N復(fù)合材料和W-Cu梯度功能材料，為今后高性能W-Cu復(fù)合材料在實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域中的拓展提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

作者簡介

　　汪峰濤，男。1981年出生。博士，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料學(xué)專業(yè)，現(xiàn)為中國人民解放軍第二炮兵某部軍官。主要研究方向：納米功能材料及金屬基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制備和性能。參與完成了多項(xiàng)國家級、省級科研項(xiàng)目，發(fā)表學(xué)術(shù)論文10多篇。其中，被SCI、EI收錄6篇?！　怯癯?，男，1962年出生，中國科學(xué)院理學(xué)博士。合肥工業(yè)大學(xué)副校長，材料學(xué)教授、博士研究生導(dǎo)師。主要研究方向：納米材料與功能復(fù)合材料；材料表面與涂層技術(shù)。擔(dān)任教育部金屬材料工程和；臺(tái)金工程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)委員，中國儀表材料學(xué)會(huì)常務(wù)理事，中國顆粒學(xué)會(huì)超微顆粒委員會(huì)理事等。近年來指導(dǎo)博士后4人、博士研究生12人、碩士研究生20多人，先后主持了國家自然科學(xué)基金、國家留學(xué)回國人員啟動(dòng)基金、教育部博士點(diǎn)基金、國家重點(diǎn)新產(chǎn)品研究計(jì)劃和安徽省重大科技攻關(guān)等20多項(xiàng)項(xiàng)目研究，獲得安徽省科技進(jìn)步獎(jiǎng)、中國機(jī)械工業(yè)科技進(jìn)步獎(jiǎng)和安徽省高?？萍吉?jiǎng)等，獲得授權(quán)發(fā)明專利1項(xiàng)，發(fā)表論文100多篇。其中，被SCI、EI收錄60多篇。

書籍目錄

第1章 概論1.1 納米結(jié)構(gòu)W-Cu復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用1.1.1 納米結(jié)構(gòu)W-Cu復(fù)合材料的發(fā)展現(xiàn)狀第二十節(jié)1.1.2 W-Cu復(fù)合材料的應(yīng)用第二十節(jié)1.1.2.1 微電子封裝材料第二十節(jié)1.1.2.2 高性能電觸頭、電極材料第二十節(jié)第二十節(jié)1.1.2.3 航天、軍工領(lǐng)域高溫用W-Cu復(fù)合材料1.2 功能梯度材料(FGM)發(fā)展和應(yīng)用1.2.1 FGM的發(fā)展現(xiàn)狀1.2.2 FGM的優(yōu)化設(shè)計(jì)1.2.3 W-Cu功能梯度材料的發(fā)展現(xiàn)狀1.2.3.1 熔滲法1.2.3.2 粉末冶金法1.2.3.3 等離子噴涂法1.2.4 W-Cu功能梯度材料的應(yīng)用1.2.4.1 面對等離子部件用W-Cu功能梯度材料1.2.4.2 電子材料領(lǐng)域用W-Cu功能梯度材料1.3 W-Cu復(fù)合材料的制備方法1.3.1 傳統(tǒng)W-Cu復(fù)合材料的制備工藝1.3.1.1 熔滲燒結(jié)1.3.1.2 W-Cu混合粉的活化液相燒結(jié)1.3.1.3 鎢銅復(fù)合材料的注射成型技術(shù)1.3.2 細(xì)晶鎢銅復(fù)合材料的制備工藝1.3.2.1 溶膠-凝膠法1.3.2.2 噴霧干燥法1.3.2.3 機(jī)械-熱化學(xué)合成法1.3.2.4 機(jī)械合金化1.3.3 FGM的主要制備技術(shù)1.3.3.1 粉末冶金法1.3.3.2 等離子噴涂法1.3.3.3 氣相沉積法一第二十節(jié)1.3.3.4 自蔓延高溫燃燒合成法(SHS)參考文獻(xiàn)第2章 W-Cu納米晶粉體的機(jī)械合金化過程及熱穩(wěn)定性第二十節(jié)2.1 球磨粉體的相結(jié)構(gòu)演變和微觀組織第二十節(jié)2.1.1 MA過程中W-Cu復(fù)合粉體的相組成2.1.2 MA過程中W-15Cu復(fù)合粉體的微觀組織和結(jié)構(gòu)2.2 機(jī)械合金化合成W-Cu納米晶粉體的特性第二十節(jié)2.2.1 MA過程中W-15Cu復(fù)合粉體的表面形貌第二十節(jié)2.2.2 MA過程中W-15Cu復(fù)合粉體的粒度和比表面積2.2.3 MA過程中W-Cu復(fù)合粉體的成分分析2.3 MA過程中納米晶W(Cu)過飽和固溶體的形成機(jī)制2.4 機(jī)械合金化W-Cu復(fù)合粉體的熱穩(wěn)定性2.4.1 退火后W-15Cu復(fù)合粉體的XRD分析2.4.2 MA合成W-15Cu復(fù)合粉體的DSC分析2.4.3 退火后W-15Cu復(fù)合粉體的微觀組織和結(jié)構(gòu)參考文獻(xiàn)第3章 納米結(jié)構(gòu)W-Cu復(fù)合材料的致密化及性能表征3.1 納米晶W-Cu復(fù)合粉體的燒結(jié)致密化工藝3.1.1 成型壓力對粉末壓坯密度和燒結(jié)體致密度的影響3.1.2 燒結(jié)溫度和保溫時(shí)間對W-Cu復(fù)合材料致密度的影響3.1.3 機(jī)械金金化工藝對W-Cu復(fù)合材料致密度的影響3.1.4 熱壓燒結(jié)W-Cu復(fù)合材料的致密度3.2 W-Cu復(fù)合材料的顯微組織結(jié)構(gòu)和成分分析3.2.1 燒結(jié)體表面的顯微組織結(jié)構(gòu)3.2.2 燒結(jié)體的斷口形貌3.2.3 燒結(jié)體的成分分析3.3 納米晶W-Cu復(fù)合粉末的燒結(jié)致密化機(jī)理3.3.1 傳統(tǒng)的粉末冶金液相燒結(jié)機(jī)制3.3.2 機(jī)械合金化納米晶W-Cu復(fù)合粉末的燒結(jié)致密化機(jī)制3.4 W-Cu復(fù)合材料的力學(xué)和物理性能3.4.1 W-Cu復(fù)合材料的硬度3.4.2 W-Cu復(fù)合材料的抗彎強(qiáng)度3.4.3 W-Cu復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能3.4.4 W-Cu復(fù)合材料的導(dǎo)電性能參考文獻(xiàn)第4章 W-Cu／AlN復(fù)合材料的制備及性能表征4.1 W-Cu／AlN復(fù)合材料制備工藝和參數(shù)4.1.1 實(shí)驗(yàn)原料4.1.2 W-Cu／AlN復(fù)合材料的成分設(shè)計(jì)與制備4.1.2.1 成分設(shè)計(jì)4.1.2.2 實(shí)驗(yàn)路線4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論4.2.1 納米AlN顆粒對W-Cu復(fù)合材料密度的影響4.2.2 熱壓燒結(jié)W-Cu和W-Cu／AlN燒結(jié)體的XRD分析4.2.3 AlN對W-Cu復(fù)合材料的顯微組織的影響4.2.4 W-Cu／AlN復(fù)合材料的成分分析4.2.5 AlN對W-Cu復(fù)合材料的硬度的影響4.2.6 AlN對W-Cu復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度的影響4.2.7 熱壓燒結(jié)W-Cu和W-Cu／AlN復(fù)合材料的抗彎斷口形貌4.2.8 復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能第二十節(jié)第二十節(jié)4.2.9 復(fù)合材料的導(dǎo)電性能參考文獻(xiàn)第5章 W-Cu梯度功能材料的有限元優(yōu)化設(shè)計(jì)5.1 熱應(yīng)力有限元模擬的理論知識(shí)第二十節(jié)5.1.1 熱應(yīng)力理論基礎(chǔ)第二十節(jié)5.1.2 溫度場問題的微分方程與定解條件5.1.2.1 溫度場問題的微分方程第二十節(jié)5.1.2.2 溫度場問題的定解條件第二十節(jié)5.1.3 熱彈性問題的基本方程與求解第二十節(jié)5.1.3.1 熱彈性基本方程及邊界條件5.1.3.2 熱彈性基本方程的求解第二十節(jié)5.2 鎢銅功能梯度材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化第二十節(jié)5.2.1 有限元分析幾何模型及邊界條件第二十節(jié)5.2.2 成分分布函數(shù)和物性參數(shù)模型第二十節(jié)5.2.2.1 FGM的成分分布函數(shù)……第6章 W-Cu梯度功能材料的制備及性能

章節(jié)摘錄

　　W-Cu復(fù)合材料是由高熔點(diǎn)、低熱膨脹系數(shù)的鎢和高電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率的銅組成的復(fù)合材料，它綜合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，具有高密度、高強(qiáng)度、高硬度和良好的延展性、好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性、低熱膨脹系數(shù)等特點(diǎn)。20世紀(jì)30年代，倫敦鐳協(xié)會(huì)的Melennan和smithels最早進(jìn)行了W基高密度合金的研制，由于它具有優(yōu)異的綜合性能，在國防工業(yè)、航空航天、電子信息和機(jī)械加工等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，因此，鎢基合金一直受到世界各國的高度重視，已成為材料科學(xué)界較為活躍的研究領(lǐng)域之一。近年來，現(xiàn)代電子信息業(yè)和國防工業(yè)高尖端領(lǐng)域的快速發(fā)展使鎢合金及其復(fù)合材料在該領(lǐng)域的應(yīng)用日益擴(kuò)大。其中，W-Cu復(fù)合材料性能好，成本低，被認(rèn)為是極具發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景的新型功能材料。例如，由于W-Cu復(fù)合材料具有高導(dǎo)熱和低熱膨脹系數(shù)等特點(diǎn)，使其在大功率器件中被視為一種很好的熱沉材料。但隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，微波半導(dǎo)體功率器件不斷小型化、高度集成、高功率的發(fā)展，而導(dǎo)致的高發(fā)熱率要求有更高的導(dǎo)熱、低膨脹和良好的散熱性能。為提高鎢銅合金的強(qiáng)度和氣密性，要求其具有接近完全致密的密度（相對密度大于98％）；為獲得特定的物理性能要求，嚴(yán)格控制該材料的成分和微結(jié)構(gòu)形態(tài)；對復(fù)雜形狀部件的凈成型，特別是粉末注射成型技術(shù)的應(yīng)用，則要求嚴(yán)格控制尺寸及變形等，這些都對W-Cu復(fù)合材料的性能提出了更高的要求。為了適應(yīng)這些特殊應(yīng)用的要求，W-Cu復(fù)合材料生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和制取新技術(shù)的發(fā)展被不斷推進(jìn)。因此，近年來國內(nèi)外對W-Cu復(fù)合材料，無論從材料本身、材料的制取工藝以及新應(yīng)用等方面都進(jìn)行了大量的研究工作，以使其適應(yīng)各種新技術(shù)的要求。

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