Processing, Microstructure and Properties of Different Method Obtained Cu-Al2O3 Composites/ Wytwarzanie, Mikrostruktura I Właściwości Kompozytów Cu-Al2O3 Otrzymywanych Róznymi Technikami

Abstract

WYTWARZANIE, MIKROSTRUKTURA I WŁAŚCIWOŚCI KOMPOZYTÓW Cu-Al 2 O 3 OTRZYMYWANYCH RÓŻNYMI TECHNIKAMIAlumina/copper composites are used where high thermal conductivity, high absorption and dissipation of heat, high resistance to thermal fatigue and good frictional wear resistance are required. The properties of these composites depend on a number of factors including the content, shape and distribution of the ceramic phase, the method of their obtaining, as well as the conditions under which they are obtained. All these variables have influence on mentioned properties and, in consequence, on the future applications of the final material. The aim of this paper was to develop Cu-Al 2 O 3 composites, processed using two techniques, namely sintering (of Cu /Al 2 O 3 high-energy mixed powders) and tape casting (of slurry of the following composition: 1, 3 and 5 vol.% of Al 2 O 3 phase; the remaining part: Cu). The compositions were determined taking into consideration the planned applications. The paper presents newly developed technologies, the results of both microstructure investigations as well as of the measurements of selected physical and mechanical properties (microhardness, wear resistance, thermal conductivity etc.) and contains the analysis of the influence of selected techniques and processing conditions on the properties and the interface morphology between ceramic and copper.Keywords: ceramic-metal composites, hot pressing, tape casting, microstructure, thermal properties Kompozyty na bazie miedzi znajdują zastosowanie tam, gdzie jest wymagane: wysokie przewodnictwo cieplne, wysoka absorpcja i rozpraszanie ciepła, wysoka odporność na zmęczenie cieplne i dobra odporność na zużycie ścierne. Właściwości tych kompozytów zależą od wielu czynników tj. zawartości, kształtu i rozkładu fazy ceramicznej w metalowej osnowie jak również od samego sposobu (warunków) ich wytwarzania. Celem niniejszej pracy było otrzymanie kompozytów Cu-Al 2 O 3 stosując dwie techniki: spiekania mieszaniny proszków pod ciśnieniem oraz odlewanie folii kompozytowych (tape casting), laminowanie oraz końcowe spiekanie otrzymanych materiałów. Ze względu na przyszłe zastosowania tych kompozytów (m.in. elementy w układach turbin w samolotach) wytypowane zostały następujące składy: 99% ob j. Cu-1% ob j. Al 2 O 3 , 97% ob j. Cu-3% ob j. Al 2 O 3 , 95% ob j. Cu-5% ob j. Al 2 O 3. W prezentowanej pracy przedstawiono dwie technologie otrzymania kompozytów na bazie miedzi. Przeprowadzone zostały badania mikrostruktury otrzymanych kompozytów ze szczególnym zwróceniem uwagi na możliwość pojawienia się warstwy przejściowej ceramika/metal. Przeprowadzone zostały również badania właściwości fizycznych (twardość, gęstość), badania właściwości cieplnych (dyfuzyjność cieplna, przewodnictwo cieplne) oraz badania właściwości mechanicznych (zużycie ścierne) otrzymanych kompozytów.

Tribological Behaviour of Copper-Graphene Composite Materials

“…Composites similar and similar thin hard coatings [2][3][4] belong to a constantly developing group of advanced materials, the properties of which are superior to those of conventional monolithic materials [5]. Through an appropriate choice of the components of a composite, one is able to effectively control their desired properties and increase functionality [6]. Various forms of carbon, in particular graphene, have generated a lot of interest due to their characteristics.…”

“…[8,9]. Some other ceramic phases like Al 2 O 3 , AlN, SiC or Si 3 N 4 added to copper matrix, especially in nanosized form, can be the competitors for them [10][11][12][13]. Using of ceramic reinforcement allow for the obtaining the coefficient of friction for composites equal as for pure copper, but simultaneously wear depth of copper matrix composites is less than that of Cu due to stable microstructure.…”

Investigations of Interface Properties in Copper-Silicon Carbide Composites

“…The literature of the subject is full of examples of materials with a high application potential, e.g. Cu-Mo, Cu-Be, Cu-C (diamond, CNT, graphene), Cu-SiC, Cu-AlN, Al-SiC, Al-AlN [2][3]. Copper with a thermal conductivity of about 400 W/mK is used whenever both high thermal and electric conductivities are required, but the application range of this material is limited because of its unsatisfactory mechanical properties, particularly at elevated temperatures.…”