试析颗粒Cu/WC_P叠层功能梯度材料常温与高温力学性能中国

摘要：随着我国高压输变电网络向着大容量、超高压的方向进展,对传统颗粒增强金属基电接触材料的性能提出了更高的要求,特别是在高压断路器领域,以触头表面到触头体内,由于接触电阻引起的温升以及电流的分布都是非均匀的,以而易导致触头表面的熔焊和电弧侵蚀。如果将触头表面到触头体内在组成上设计成非均匀分布,就可以按照具体的运用要求,设计出不同梯度分布的电接触材料,使其电学、力学性能得到优化。但这种完全梯度分布的电接触材料在制备方面有着很大的困难,实际常采取叠层功能梯度材料来近似代替完全梯度分布材料。由于叠层功能梯度材料具有可设计性和非均匀性,必须对其力学和电学行为进行深入的探讨。本论文以Cu/WC,叠层功能梯度材料为探讨对象,采取宏观性能实验与微结构观测相结合的方式,开展了Cu/WCp叠层功能梯度材料常温和高温力学行为及断裂方面的探讨。首先,采取粉末冶金真空热压烧结技术制备了Cu/WCp复合材料和Cu/WCp叠层功能梯度材料。浅析了WC颗粒含量及粒径对Cu/WCp复合材料力学性能的影响。其次,开展Cu/WC,复合材料高温性能的探讨,浅析了温度对Cu/WCp复合材料力学性能的影响。最后,为了更清楚地认识Cu/WCp叠层功能梯度材料变形和断裂的细观机制,进行了拉伸和三点弯曲变形实验,并通过扫描电镜观测了Cu/WCp叠层功能梯度材料变形和断裂的细观特点。通过以上探讨工作的开展,取得了以下成果：1、随着WC颗粒含量的增加,WC颗粒对铜基体的直接强化和间接强化作用增加,以而使Cu/WCp复合材料的强度提升。随着WC颗粒含量的增加,Cu/WCp复合材料断口上颗粒与基体脱粘形成的空洞扩展范围逐渐减小以及铜基体的撕裂特点变得越来越不显著,导致了材料塑性变形能力大幅下降。另外,颗粒尺寸的大小对Cu/WCp复合材料的性能也有很大的影响,较小的颗粒使Cu/WCp复合材料具有更高的强度和更好的塑性。2、Cu/WCp复合材料对温度具有敏感性。随着温度的升高,不同体积分数的Cu/WCp复合材料的强度显著下降。有着一个临界温度范围使得材料在室温下通常不产生滑移的晶界处发生滑移,使Cu/WCp复合材料的塑性和强度显著下降。3、Cu/WCp叠层功能梯度材料的拉伸性能不同于均匀复合材料。由于变形协调导致应力重分配,使得高WC含量的层所承受的应力较大,首先开裂,随后裂纹再向低WC层扩展。另外,Cu/WC,叠层功能梯度材料层间虽然有着层间应力,但由于层间结合的比较好,材料失效前没有出现大范围的分层和层间剥离现象,只是局部有开裂的现象。4、对力方向与梯度方向平行的Cu/WC,叠层功能梯度材料进行了高温弯曲实验,浅析了温度对材料承载能力的影响,并推导了线弹性范围内材料的弯曲应力。另外,对具有单边裂纹的Cu/WCp叠层功能梯度材料进行了弯曲断裂实验,结果表明,在同一时刻,Cu/WCp叠层功能梯度材料高WC含量的一侧裂纹扩展距离显著高于低WC含量的一侧。关键词：Cu/WC_p叠层功能梯度材料论文颗粒含量论文颗粒尺寸论文裂纹扩展论文断裂机理论文

摘要4-6

Abstract6-8

目录8-11

第一章 绪论11-19

1.1 探讨背景及选题作用11-12

1.2 颗粒增强金属基复合材料探讨近况12-15

1.2.1 增强颗粒对复合材料性能的影响12-15

1.2.2 温度对颗粒增强金属基复合材料性能的影响15

1.3 功能梯度材料断裂行为探讨近况15-17

1.4 本论文的探讨内容17-19

第二章 Cu/WC_p叠层功能梯度材料的制备19-27

2.1 Cu/WC_p叠层功能梯度材料的设计19-20

2.1.1 选材设计19-20

2.1.2 组分设计20

2.2 粉末冶金热压烧结制备Cu/WC_p叠层功能梯度材料20-24

2.2.1 机械合金化21-23

2.2.2 粉末冶金热压烧结工艺23-24

2.3 组织结构浅析24-26

2.3.1 试样的制备24

2.3.2 细观组织观测24-26

2.4 本章小结26-27

第三章 颗粒含量及尺寸对Cu/WC_p复合材料力学性能的影响27-39

3.1 引言27

3.2 不同颗粒含量对Cu/WC_p复合材料力学行为的影响27-34

3.2.1 试验策略28

3.2.2 单向拉伸载荷下Cu/WC_p复合材料的力学性能28-30

3.2.3 体积分数的影响30-32

3.2.4 拉伸断裂形态浅析32-34

3.3 不同颗粒尺寸对Cu/WC_p复合材料力学行为的影响34-37

3.3.1 材料准备34-35

3.3.2 单向拉伸载荷下Cu/WC_p复合材料的力学性能35-36

3.3.3 颗粒粒径的影响36-37

3.3.4 拉伸断裂形态浅析37

3.4 本章小结37-39

第四章 Cu/WC_p复合材料的短时高温力学性能39-47

4.1 引言39

4.2 实验历程39-41

4.3 温度对Cu/WC_p复合材料高温性能的影响41-44

4.3.1 应力应变曲线41-43

4.3.2 温度的影响43-44

4.4 高温拉伸断口浅析44-45

4.5 本章小结45-47

第五章 Cu/WC_p叠层功能梯度材料的拉伸性能47-55

5.1 引言47

5.2 拉伸实验47

5.3 线弹性浅析47-48

5.4 拉伸曲线及承载力浅析48-50

5.5 断裂形态浅析50-54

5.6 本章小结54-55

第六章 Cu/WC_p叠层功能梯度材料的弯曲性能55-65

6.1 引言55

6.2 实验历程55-56

6.3 Cu/WC_p叠层功能梯度材料常温和高温弯曲性能56-61

6.3.1 常温下Cu/WC_p叠层功能梯度材料弯曲线弹性浅析56-58

6.3.2 不同温度下弯曲曲线及承载力浅析58-59

6.3.3 断裂形态浅析59-61

6.4 具有单边裂纹的Cu/WC_p叠层功能梯度材料的弯曲断裂61-64

6.4.1 静载断裂实验61-62

6.4.2 宏观断裂浅析62

6.4.3 细观断裂浅析62-64

6.5 本章小结64-65

第七章 总结与展望65-67

7.1 总结65-66

7.2 展望66-67

致谢67-68