Cr2AlC与Cu-Cr2AlC材料的制备及电弧烧蚀性能研究

• 作 者: 林高庭
• 机 构: 西安理工大学
• 出 处: 西安理工大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 铜基复合材料 Cr2AlC粉末 机械合金化 热等静压烧结 电弧烧蚀性能 电触头材料

Cr2AlC作为一种具有类似于金属和陶瓷材料双重特性的新型层状材料,具有高强度、高模量、高温抗热震性能以及自润滑性、抗氧化等诸多优异的性能,可用来制作燃气轮机的耐高温部件、金属熔炼的电极材料、空气和氧化气氛中使用的高温轴承等。Cr2AlC也可以做为第二相增强粒子,添加到金属、陶瓷、树脂材料中,在增强基础材料强度和模量的同时,又不影响基础的导电性。目前,针对高纯度Cr2AlC块体材料的制备这一关键问题,主流的制备思路是以单质的铬、铝和碳的粉末为原料,通过反应烧结、热压烧结(HP)、热等静压烧结(HIP)、放电等离子烧结(SPS)等方法制备出块体或粉体的Cr2AlC材料。然而,上述方法制备出的Cr2AlC材料纯度不高或制备工艺复杂。　　本文采用机械合金化结合反应烧结的方法制备Cr2AlC陶瓷材料,研究了球磨时间、热处理温度、原料配比等参数对制备高纯Cr2AlC陶瓷材料的影响。得到的结论是:(1)单一球磨并不能获得Cr2Al粉末而是AL在Cr中的固溶体粉末。随着球磨时间的延长,A1在Cr中的固溶度提高,粉末的粒度减小。当n(Cr):n(AL)=2:1.1高能球磨30h,经800℃保温40min热处理后,Cr的固溶体粉末转变为Cr2Al粉末。(2)以摩尔比n(Cr2Al):n(AL):n(C)=l:0.3:1配比的粉料压制成预制坯体,在Ar气保护下,1250℃烧结2h,可制各出纯度为97.09％的Cr2AlC块体材料。　　将制备的Cr2A1C粉碎,经高能球磨后与Cu粉均匀混合,压制成型。采用粉末冶金的方法制备Cu-Cr2Alc金属基复合材料。研究了Cr2AlC材料在Cu中的稳定性问题,对制备的复合材料采用仅700℃烧结、烧结后复压(形变量20％)、烧结后复压复烧(700℃)三种不同的处理方式,得出最佳的Cu-Cr2AlC金属基复合材料的制备工艺,并在此基础上研究了不同体积分数增强相的Cu-Cr2AlC金属基复合材料的性能。得到的主要结论:(1)在700℃烧结时,Cu-Cr2AlC复合材料中Cr2AlC相表面光滑并且以片状均匀分布在Cu相中。而在850℃和950℃烧结时,Cr2AlC相发生分解,铬、铝、碳元素与基体Cu发生互扩散,形成复杂的固溶体。(2)Cr2AlC体积分数为20％,700℃烧结,复压形变量为20％的Cu-Cr2A1C复合材料综合性能最好,硬度达到94HB,导电率为41.93％。(3)在电弧烧蚀时,Cu-Cr2AlC复合材料的首击穿相是Cr2AlC相,且随着Cr2AlC含量的增加,截流值、耐电压强度呈现先减小后增大,击穿斑面积依次减小,击穿深度依次增加。表现出了较好的抗电弧烧蚀能力。