图3.11不同制备工艺以及TiO2掺杂对3wt% SnO2/Cu复合材料电导率的影响
Fig. 3.11 Effects of fabrication processes and doping on the electrical conductivity of
the 3wt% SnO2/Cu composite
图3.12不同制备工艺以及TiO2掺杂对5wt% SnO2/Cu复合材料电导率的影响
Fig.3.12 Effects of fabrication processes and doping on the electrical conductivity of
the 5wt% SnO2/Cu composite
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图3.13不同制备工艺以及TiO2掺杂对3wt% SnO2/Cu复合材料硬度的影响
Fig. 3.13 Effects of fabrication processes and doping on the hardness of the 3wt% SnO2/Cu
composite
图3.14不同制备工艺以及TiO2掺杂对5wt% SnO2/Cu复合材料硬度的影响
Fig.3.14 Effects of fabrication processes and doping on the hardness of the 5wt% SnO2/Cu
composite
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图3.11和3.12分别为不同制备工艺以及TiO2掺杂对3wt%和5wt% SnO2/Cu复合材料的电导率的影响。如图所示，经过复压复烧后，复合材料电导率有了显著提高，复压复烧引起电导率的进一步提高是所制备复合材料宏观缺陷(孔隙) 和微观缺陷(空位、位错等) 综合作用的结果。孔隙和空位、位错等缺陷都会增加电子散射，且缺陷越多越大，被电子散射的几率也越大，导致电导率越小。初次烧结后，由于较多孔隙的存在，使得基体不太连贯，电导率较低显而易见；复压时大部分孔隙被压实，基体之间接触面积增大，导致电导率有所提高，虽然在变形过程中孔隙被进一步压实,但此时变形过程中也产生了微观缺陷，因此复合材料电导率的变化是这两个方面综合作用的结果。在这个过程中变形产生的微观缺陷影响甚微，两方面共同作用使得电导率有了进一步的提高。然而，由上述两图还可以明显地看出，复合材料试样经过冷变形后，其电导率依然上升。这是也由两方面因素综合作用决定的[33]：一方面由于较大的冷变形压力使复合材料内部产生晶格畸变、晶粒断裂、位错增殖等现象，导致复合材料的电导率下降；另一方面，在较大的冷变形压力下，复合材料内部的孔隙进一步压实，致密度进一步提高，导致电导率增大。这两方面综合作用的结果是使得复合材料在冷塑性变形后电导率上升。
同时，由图3.11和3.12可见掺杂对于复合材料电导率也有着十分显著的影响，它使得掺杂复合材料的电导率在各个工艺阶段与未掺杂复合材料的电导率相比都有所增长，尤其是在初压初烧阶段影响更为明显。另外由上两图我们还可以发现当SnO2含量较低时，掺杂对于复合材料电导率的提高更大。
我们分析认为，掺杂对于复合材料电导率的提高是由于SnO2、TiO2都具金红石型晶体结构，且晶胞体积相近，所以如本文前面所述可用Ti4+取代Sn4+。而掺杂后SnO2成为包含很多氧空位的N型半导体材料。其电导率与纯纳米SnO2的电导率相比提高了约4个数量级[34]。因此掺杂有效提高了增强相的电导率，据复合理论掺杂亦会提高复合材料整体的电导率。
图3.13和3.14分别为不同制备工艺以及TiO2掺杂对3wt%和5wt% SnO2/Cu复合材料的硬度的影响。如图所示，经过复压复烧后复合材料的显微硬度得到显著提高，因为复压复烧后复合材料的致密度得到提高，从而使显微硬度也随之提高。经过冷变形后复合材料的显微硬度再次得到大幅提高，可认为是由以下三个因素综合作用的结果[33]：①致密度。冷变形提高了材料的致密度，使基体结合更加紧密；②缺陷。从加
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工硬化方面来看，由于金属基体和第二相颗粒的晶体结构不同，所以在金属基体变形过程中形成了大量的线缺陷和点缺陷，这些缺陷都可以阻碍位错运动，阻止材料继续发生塑性变形，从而提高了SnO2/Cu复合材料的硬度；③增强相。SnO2/Cu复合材料中分布的SnO2颗粒阻碍了位错的运动，在SnO2颗粒周围引起大量位错塞积，增大了位错之间的相互作用力，从而阻止材料继续发生塑性变形，提高了SnO2/Cu复合材料的硬度。
至于掺杂为什么会提高复合材料的硬度，我们认为可能是TiO2对SnO2实行掺杂后，导致SnO2的晶格发生收缩，即发生了一定程度的晶格畸变。掺杂SnO2与铜粉共混并烧结后，复合材料内部增强相附近更强的应力场与位错相互作用，导致位错滑移进一步受阻，从而使得复合材料的硬度得到提高。确切的机理我们正在进一步研究之
中。
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结 论
本文采用溶胶-凝胶法，成功制备出了TiO2掺杂SnO2纳米颗粒，通过湿法混合技术，结合粉末冶金工艺制备出了综合性能优异的SnO2/Cu纳米复合材料。分别利用扫描电镜、X射线衍射对SnO2纳米颗粒、SnO2/Cu复合粉料及SnO2/Cu纳米复合材料的的显微组织、相结构进行了细致分析。最后对SnO2/Cu纳米复合材料的基本的物理性能进行了检测，主要得到了如下结论：
1. 采用溶胶-凝胶法，通过准确控制溶液的浓度、PH值、温度及凝胶的煅烧温度等工艺参数可成功制备出颗粒尺寸约为15nm的TiO2掺杂SnO2纳米颗粒。
2. 采用聚乙二醇（PEG-20000）作为分散剂，利用其空间位阻效应，能有效的防止纳米粉团聚。
3. 弯曲断口微观形貌分析表明，SnO2/Cu纳米复合材料呈典型韧性断裂特征。 4. 随着SnO2含量的增加，复合材料的电导率下降，而硬度增加。 5. 对于同一质量分数的复合材料，TiO2掺杂使其硬度，电导率均提高。 6. 复压复烧、冷变形均可以明显提高复合材料的硬度和电导率。
7. 5wt% SnO2/Cu纳米复合材料的电导率为82.8%IACS，显微维氏硬度为HV123.6,有着最好的综合性能。
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