内容发布更新时间 : 2024/11/17 3:35:13星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

课题编号：

中国钢研科技集团有限公司 科技基金课题立项申请书

课题名称：层状三元陶瓷增强金属铜复合材料的研究与应用

承担单位：粉末冶金研究室 课题申请人<负责人）：霍静

申请课题起止年限：2018年7月—2018年6月

中国钢研科技集团有限公司

2018年4月28日

一、 立项背景分析及申请立项的理由 金属铜具有优异的导电、导热、耐腐蚀、易延展等性能，因此被广泛应用在电力电子、机械制造等领域。但金属铜的强度、硬度较低，耐热性和耐磨性差，限制了它的使用条件和寿命。一般来讲，传统铜合金的强度和导电性是一对矛盾，提高强度将导致导电性的下降。为了能在不过多牺牲导电性和导热性的前提下改善铜的力学性能，一般铜的强化有两种思路：一是固溶强化，但是由于在高温下金属将发生再结晶、第二相粗化和溶解，因此像加工硬化、析出硬化等常规方法均难以奏效，固溶强化又会大大降低材料的导电率；二是引入第二相进行强化，形成铜基复合材料，其设计原理是根据材料性能的要求，选用适当的增强相(一种或多种>，在保持铜基体高导电性的同时，充分发挥强化相的增强作用及二者的协同作用，使得材料的导电性与基体强度达到良好的匹配。 具有层状结构的三元陶瓷是一种结构功能合一的新型材料，这类化合物可以用统一的分子式Mn+1AXn来表示，这里M一般为过渡元素，A为Ⅲ，Ⅳ主族中的某些元素，X为C或N，n=1，2，3。根据n的不同取值，习惯上又将n=1、2或3的Mn+lAXn相化合物分别称之为211相、312相或413相。紧密堆积的所有Mn+1AXn相化合物都具有层状的晶体结构，属六方晶系，空间群为D46h-P63/mmc。从图1中可以看到，紧密堆积的过渡金属八面体层被一平面层A族原子所分隔，过渡金属八面体中心为碳原子或氮原子。其不同之处在于，n=1时每三层中有一层A族原子，n=2时每四层中有一层A族原子，共棱的过渡金属八面体层M6X被平层的A族原子所分离，而n=3时每五层中才有一层A族原子。在它们的结构中，过渡金属原子与碳或氮- 1 - / 9

原子图1 Mn+1AXn相结构简图 图2 已知的Mn+1AXn相化合物 之间的结合为强共价键，而过渡金属原子与A族平面之间为弱结合，类似于层状石墨，层间为范德华力结合。由于它们的原子结合方式既有共价键、离子键又有金属键，因而兼有金属和陶瓷的性质，如类似金属的导热、导电性、抗热震性和可加工性，类似陶瓷的抗氧化性、耐腐蚀性和耐高温性；特别地，具有非同寻常的耐磨性和自润滑性。因此，在许多领域具有重要的应用价值。 将Mn+1AXn作为陶瓷增强相加入金属中同样具有很大的优势，这也为进一步扩大Mn+1AXn相层状三元陶瓷的应用范围提供了方向。铜及其合金作为最优良的导电导热材料之一，因强度、耐磨性等机械性能与其导电导热性难以兼顾的矛盾，极大地限制了其在许多高技术领域的应用。因此，将Mn+1AXn相层状三元陶瓷与金属铜结合起来，制- 2 - / 9