理工大学创新周论文.doc

目 录 1. 绪论 1 1.1碳化硅纤维概况 1 1.2 Cu/SiC复合材料的概况 1 1.3 本试验的研究目的和意义 2 2. 实验方案 3 2.1 工艺流程 3 2.2 实验材料 4 2.3 实验仪器 4 2.4 实验步骤 5 2.5 碳化硅纤维镀前预处理 5 2.6 镀后处理 6 2.7 试样检测方法 6 3. 真空热处理 8 3.1 真空热处理简介 8 3.2 适用真空热处理的材料 8 3.3 真空热处理工艺原理 8 3.4 真空热处理工艺参数的确定 9 参考文献 13 1. 绪 论 随着现代科学技术的迅速发展，特别是航天航空技术的发展，对材料提出越来越高的要求，金属陶瓷复合材料以其独特的优越性能越来越受到人们的重视。为了克服单一材料性能的局限性，获得各种特殊的性能和良好的综合性能，人们越来越多地借助于复合材料。而碳化硅纤维增强金属基复合材料，由于具有高温性能好、比强度、比模量高、导电、导热性好、横向力学性能、层间剪切强度高，以及综合性能的可调节性好而越来越受到人们的重视。各国都进行了迅速的研制及推广，如美国专门成立了一个金属基复合材料信息分析中心，普及推广金属基复合材料，并在航空工业上取得成功，日本率先把金属基复合材料用于汽车工业。我国自七十年代末开展金属基复合材料研制以来，目前已取得了可喜的进展【1-3】。 综观多种新兴的复合材料，如高分子复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料的优异性能，不少人预料，人类在材料应用上正从钢铁时代进入到一个复合材料广泛应用的时代。由于碳化硅纤维复合材料是一种质轻、性能好的材料，从而受到世界各国人民及科学家的关注。 1.1碳化硅纤维概况 碳化硅纤维镀铜复合材料是一种新兴的“结构-功能”一体化材料，它综合了碳化硅纤维和铜的优良特性，具有较好的导电性能和力学性能，在电气、机械、航空航天等领域都有诸多的应用，发展前景十分广阔。 本文以直径103un左右的碳化硅纤维为研究对象，通过三种表面预处理方案对碳化硅纤维进行处理，之后采用化学镀的方法在碳化硅纤维表面包覆铜层。通过扫描电镜的方法对碳化硅纤维镀铜复合材料的表面形貌进行了分析，确定了比较合适的碳化硅纤维表面预处理方案：以20%NaOH、20%、20ml/LHCl、20g/L、0.5g/L为配方进行预处理，之后的化学镀铜得到了质量较好的镀铜层。 1.2 Cu/SiC复合材料的概况 Cu是自然界导电和导热性能优良的材料,通常被用来制作电气材料。其比热为380J/kg.K。然而,Cu的高温强度很差,在200℃左右它即开始软化,从而限制了其在高温环境中的应用。作为电接触材料,最重要的性能要求之一是必须具有较高的电导率。在传输大的电流强度时,可以有效减少因电接触材料自身的电阻引起的能源消耗,减少材料内部产生的热量,从而避免接触区域温度升高。另一个重要的性能指标是要求电接触材料具有较高的导热率,以便使因自身电阻产生的热量能够快速扩散,减少局部热量的积累和热应力的产生。 SiC在传统工业中得到了广泛的应用,是理想的结构陶瓷材料。SiC陶瓷材料具有弹性模量高、性能稳定、导热性能好、高温强度大、热膨胀系数小及高温自扩散系数小等优越性能;同时,作为一种半导体材料,其禁带宽度大,饱和电子迁移速率大,击穿场强高,热稳定性好,是用于新型高温、高频率、大功率元件的理想材料。 选用半导化的SiC纤维对Cu进行增强,可以有效的改善Cu的机械强度尤其是高温强度,提高复合材料的使用温度,同时又不至于显著降低其导热和导电性能。由于SiC的加入能显著降低复合材料的密度,因此可以减小实际应用过程中的元器件重量,有助于节约能源消耗和提高使用可靠性。 1.3 本试验的研究目的和意义 本试验以碳化硅纤维为研究对象，通过三种不同的表面预处理方案对碳化硅纤维进行处理，然后通过化学镀铜的方法在碳化硅纤维表面镀上铜层，最后对镀件进行扫描电镜检测，通过扫描电镜照片中镀铜层质量，分析得出比较合适的预处理方案。 2. 实验方案 2.1 工艺流程 本实验的工艺流程如下图2.1所示： 图2.1 工艺流程图 2.2 实验材料 本实验所用碳化硅为103um左右的碳化硅纤维，药品有铜盐、还原剂、络合剂、酸液、碱液、丙酮等。实验用的主要试剂及其纯度、生产厂家如表2.2所示。 表2.2 主要药品 名称 分子式 相对量 纯度 氢氧化钠 NaOH 40.00 分析 63.00 20%质量浓度HCl 36.46 38%质量浓度 225.65 分析纯 氯化钯 177.33 分析纯 硫酸铜 249.68