Исследование и разработка композиционных материалов на основе систем Cu-SiC и Cu-Cr, получаемых методом механического легирования

• Автор: Просвиряков, Алексей Сергеевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 163 с. : ил.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Медь как основа электротехнических материалов

1.2 Материалы для разрывных электрических контактов

1.3 Дисперсноупрочненные композиционные материалы

1.3.1 Методы получения диснсрсноупрочнснных КМ

1.4 Механическое легирование МЛ

1.4.1 Процессы, протекающие при МЛ

1.4.2 Способы получения компактных полуфабрикатов КМ после МЛ

1.5 Дисперсноупрочненные КМ на основе меди, полученные методом МЛ

1.5.1 КМ на основе системы СиСг

1.5.2 КМ на основе системы СиСгМЬ

1.5.3 КМ на основе системы СиБЮ
Выводы по разделу 1
2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Материалы объекты исследования
2.2 Исходные материалы
2.3 Обработка порошковых смесей в планетарном активаторе
2.4 Получение компактных образцов
2.5 Исследование структуры и свойств
2.5.1 Структурные исследования
2.5.2 Микрорентгеноспсктральиый анализ
2.5.3 Рентгеноструктурный анализ
2.5.3.1 Оценка размера областей когерентного рассеивания ОКР и величины микродеформаций МКД
2.5.3.2 Оценка периода решетки медного твердого раствора
2.5.4 Определение линейного коэффициента термического расширения КТР
2.5.5 Определение удельной электрической проводимости
2.5.6 Определение микротвердости, твердости и длительной твердости
2.5.7 Испытания на износостойкость
2.5.8 Испытания на потерю массы при воздействии электрической дуги показателя дугостой кости
2.5.9 Определение плотности консолидированных образцов КМ
2.5. Определение гранулометрического состава гранул КМ
3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МЕХАНИЧЕСКИ ЛЕГИРОВАННЫХ, ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ МЕДИ, УПРОЧНЕННЫХ ЧАСТИЦАМИ КАРБИДА КРЕМНИЯ
3.1 Исследование влияния доли упрочняющих частиц и времени обработки в планетарном активаторе на структуру КМ СиБЮ
3.2 Влияние продолжительности МЛ на параметры субструктуры меди в КМ СиБЮ с различным содержанием упрочняющей фазы
3.3 Исследование влияния продолжительности МЛ и содержания карбида кремния на свойства КМ СиБЮ
3.4 Разработка рекомендаций по составу КМ СиБЮ и режимам получения изделий из него для последующего внедрения
Выводы по разделу
4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ СиСг, ПОЛУЧЕННЫХ МЕТОДОМ МЕХАНИЧЕСКОГО ЛЕГИРОВАНИЯ
4.1 Формирование структуры КМ СиСг в процессе МЛ
4.2 Зависимость твердости и электропроводности КМ СиСг от времени обработки в планетарном активаторе
4.3 Исследование возможности повышения электропроводности КМ СиСг путем перехода к тройной системе СиСгЫЬ
4.3.1 КМ СиСгМЬ, полученный совместной высокоэнергетической обработкой исходных компонентов СиСгЛ
4.3.2 КМ СиЫЬСг, полученный с применением предварительно измельченной порошковой смеси МЬСг
4.3.3 Исследование поведения лигатуры ЫЬСг в процессе МЛ и после последующего отжига
4.3.4 Структура и свойства КМ СиМЬСг2Сг, полученного с использованием механически и термически активированной лигату ры ЫЬСг
4.4 Характеристики сопротивляемости КМ СиСг воздействию электрической дуги и износу
4.5 Оценка стабильности структуры и свойств КМ СиСг при термическом воздействии
4.6 Разработка, опробование и внедрение КМ СиСг, а также разработка технологического процесса изготовления дугостойких контактов из него
Выводы по разделу 4
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
Синеок использованной литературы
Приложения
ВВЕДЕНИЕ


Применение КМ позволяет значительно увеличить срок службы контактов, повысить надежность и при этом уменьшить расходы на их эксплуатацию. Для изготовления мощных металлокерамических гетерогенных контактов традиционно используются такие тугоплавкие металлы, как вольфрам, молибден, тантал и рений. Свойства этих металлов удовлетворяют многим требованиям, предъявляемым к контактному материалу высокая температура плавления, повышенные прочностные характеристики, электроэрозиониая стойкость 7. Контакты из таких КМ на основе меди сочетают в себе полезные свойства разных металлов. Так, система V представляет собой композицию, компоненты которой не взаимодействуют ни в жидком, пи в твердом состояниях. Такой пссвдосплав обладает высокой тугоплавкостью, прочностью и жаропрочностью вольфрама и высокой электро и теплопроводностью меди 6. Достоинствами вольфрам и молибденсодержащих контактов являются стойкость к появлению дуговых разрядов, электрической эрозии и свариванию 5. Основные электрические и механические свойства промышленных КМ для контактов приведены в табл. Таблица 1. Под КМ чаще всего понимают материал с гетерогенной структурой, между отдельными компонентами которого существует четкая граница раздела 8. К этому классу материалов могут быть отнесены неравновесные композиции, фазовые составляющие которых не взаимодействуют, или же весьма слабо взаимодействуют друг с другом в широком интервале температур, и сохраняют в смеси свои индивидуальные свойства при рабочих режимах эксплуатации материала в изделиях. При этом КМ обладает свойствами, которыми не может обладать ни один из его компонентов в отдельности. В таком КМ, за счет рационального подбора фазовых составляющих, можно реализовать требуемый набор свойств. По сравнению с традиционными материалами КМ обладают более высокими значениями прочности в широком интервале температур, предела усталости, они более жаро и эрозионностойки. КМ могут быть классифицированы многими способами в зависимости от того, что положено в основу классификации. Одна из удобных систем классификации основана на микроструктурных аспектах, при которой КМ различаются морфологией составляющих их фаз. Главное преимущество дисперсноупрочнепных КМ состоит не только в повышении предела текучести при комнатной температуре металлической матрицы, а в их способности сохранять высокий уровень предела текучести в широком температурном интервале, вплоть до 0,8Тт, где Тт температура плавления матрицы. Эффективность дисперсных фаз в дисперсноупрочнепных КМ связана с их стабильностью при высоких температурах. Это отличает днсперсноупрочненные КМ от дисперсиоинотвсрдсющих сплавов, которые разупрочняются при повышении температуры вследствие псрестаривания. Дисперсными фазамиупрочиителя. КМ могут быть оксиды, карбиды, силициды, нитриды, бориды, частицы тутоплавких металлов и т. В наибольшей степени этим требованиям отвечают тугоплавкие соединения и, в первую очередь, тугоплавкие оксиды. Дисперсные частицы в общем случае не имеют какоголибо кристаллографического соответствия с матрицей, в связи с чем, они практически не могут перерезаться дислокациями. Влияние частиц на движение дислокаций настолько велико, что в дисперсноупрочнснных металлах может не происходить разупрочнения вплоть до 0,8 Т,п. Уровень жаропрочности дисперсноупрочнснных материалов в значительной степени определяется морфологическими факторами структуры дисперсностью упрочняющей фазы, формой и размером ее частиц, объемной долей частиц и расстоянием между ними в матрице. Наиболее эффективное упрочнение обеспечивается при размере частиц упрочняющей фазы менее 0,1 мкм и среднем расстоянии между ними 0,0,3 мкм . Способ получения дисперсноупрочнснных КМ должен обеспечивать максимальную равномерность распределения и дисперсность упрочняющей фазы при минимальном загрязнении материала посторонними примесями. Высокая равномерность распределения частиц упрочняющей фазы размером нм не может быть обеспечена применением обычной литейной технологии, поэтому дисперсноупрочненные материалы получают обычно, минуя стадию плавления.