Post on 22-Aug-2021
transcript
Investeşte în oameni!
FONDUL SOCIAL EUROPEAN
Programul Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 – 2013
Axa prioritară 1 „Educaţie şi formare profesională în sprijinul creşterii economice şi dezvoltării societăţii bazate pe cunoaştere”
Domeniul major de intervenţie 1.5. „Programe doctorale şi post-doctorale în sprijinul cercetării”
Titlul proiectului: „Burse doctorale pentru dezvoltare durabila” BD-DD
Numărul de identificare al contractului: POSDRU/107/1.5/S/76945
Beneficiar: Universitatea Transilvania din Braşov
Universitatea Transilvania din Brasov
Scoala Doctorala Interdisciplinara
Departament: Ingineria Materialelor și Sudură
Ing. Corina Gabriela MORARU (căs. EȘANU)
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor
aliaje sinterizate pe bază de cupru utilizate în
electronică și electrotehnică
Study, research and contributions regarding the
development of some copper based sintered alloys
used in the electronics and electrotechnics industry
Conducător ştiinţific
Prof.dr.ing. Cornel Eugen ȘERBAN
BRASOV, 2013
MINISTERUL EDUCAŢIEI NAŢIONALE
UNIVERSITATEA “TRANSILVANIA” DIN BRAŞOV
BRAŞOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX 0040-268-410525
RECTORAT
D-lui (D-nei) ..............................................................................................................
COMPONENŢA
Comisiei de doctorat
Numită prin ordinul Rectorului Universităţii „Transilvania” din Braşov
Nr. 5968 din 25.07.2013
PREŞEDINTE: - Prof.univ.dr.ing. Teodor MACHEDON PISU
DECAN – Facultatea de Știința și Ingineria Materialelor
Universitatea “Transilvania” din Brașov
CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: - Prof.univ.dr.ing. Cornel Eugen ȘERBAN
Universitatea “Transilvania” din Brașov
REFERENŢI: - Prof.univ.dr.ing. Oana GÎNGU
Universitatea din Craiova
Prof.univ.dr.ing. Corneliu MUNTEANU
Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi” din Iași
Prof.univ.dr.ing. Mircea Horia ȚIEREAN
Universitatea “Transilvania” din Brașov
Data, ora şi locul susţinerii publice a tezei de doctorat: 13.12.2013, ora 12,
sala II6
Eventualele aprecieri sau observaţii asupra conţinutului lucrării vă rugăm să
le transmiteţi în timp util, pe adresa: corina.moraru@unitbv.ro
Totodată vă invităm să luaţi parte la şedinţa publică de susţinere a tezei de
doctorat.
Vă mulţumim.
CUPRINS
Pg.
teza
Pg.
rezumat
INTRODUCERE 6 9
CAPITOL 1 STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR PRIVIND
ELABORAREA CONTACTELOR ELECTRICE DIN MATERIALE
COMPOZITE
8
11
1.1Materiale metalice compozite 8 11
1.2 Fazele constituente ale materialelor compozite
1.3 Procedee de obținere a materialelor compozite
10
12
-
13
1.4 Contacte electrice din pulberi metalice 18 18
1.4.1 Generalități 18 -
1.4.2 Clasificarea contactelor electrice 19 18
1.4.3 Probleme tipice ale contactelor electrice în funcție de natura acestora 19 19
1.4.4 Metalurgia pulberilor în elaborarea contactelor electrice 20 20
1.5 Materiale compozite pe bază de cupru utilizate la realizarea contactelor
electrice
22
-
1.6 Concluzii 25 21
CAPITOL 2 SCOPUL ȘI OBIECTIVELE CERCETĂRII 26 22
2.1 Tendințe actuale ale cercetătorilor în domeniul abordat 26 22
2.2 Delimitarea domeniului de cercetare 26 22
2.3 Obiectivele urmărite 27 23
CAPITOL 3 STUDIU TEORETIC PRIVIND ELABORAREA
CONTACTELOR ELECTRICE PRIN PROCEDEE SPECIFICE
METALURGIEI PULBERILOR
28
24
3.1 Mecanismul alierii mecanice 28 24
3.1.1 Coliziunile dintre bile și pulbere 28 -
3.1.2 Etape ale procesării pulberilor 28 -
3.2 Influența parametrilor procesului de aliere mecanică asupra proprietăților
pulberilor
30
24
3.3 Tehnologii moderne de sinterizare 32 -
3.3.1 Sinterizarea hibridă în câmp de microunde 33 25
3.3.2 Sinterizarea cu descărcare în plasmă 35 27
3.4 Concluzii 41 28
CAPITOL 4 CERCETĂRI PRIVIND ELABORAREA ȘI
CARACTERIZAREA PULBERILOR COMPOZITE CU MATRICE DE
CUPRU
42
29
4.1 Aparatura utilizată pentru elaborarea pulberilor compozite 42 29
4.2 Pulberile elementale utilizate pentru elaborarea materialelor compozite cu
matrice de cupru
43
-
4.2.1 Caracterizarea pulberilor elementale 43 -
4.2.2 Compoziția chimică a amestecului de pulberi 45 29
4.3 Studii privind elaborarea prin aliere mecanică a pulberilor compozite cu
matrice de cupru
46
29
4.3.1 Stabilirea parametrilor de lucru pentru alierea mecanică 46 29
4.3.2 Caracterizarea pulberilor compozite Cu-TiC-Gr 49 31
4.3.2.1 Compoziția chimică a pulberilor compozite obținute în urma
procesului de aliere mecanică
49
31
4.3.2.2 Determinarea distribuției granulometrice a pulberilor
compozite
51 31
4.4 Concluzii 55 32
CAPITOL 5 CERCETĂRI PRIVIND ELABORAREA CONTACTELOR
ELECTRICE DIN PULBERI COMPOZITE CU MATRICE DE CUPRU
56
33
5.1 Cercetări privind compactizarea prin presare în matriță a pulberilor
compozite cu matrice de cupru
56
33
5.2 Studii privind sinterizarea hibridă cu microunde a contactelor electrice din
pulberi compozite cu matrice de cupru
61
34
5.2.1 Analiza metalografică prin microscopie electronică–SEM și analiză
EDAX
66
-
5.2.2 Studiul microdurității contactelor electrice sinterizate în câmp de
microunde
68
36
5.3 Studii privind sinterizarea în plasmă de scânteie (SPS) a contactelor
electrice din pulberi compozite cu matrice de cupru
74
37
5.4 Concluzii 76 39
CAPITOL 6 STUDII ASUPRA PROPRIETĂȚILOR ȘI
MICROSTRUCTURII CONTACTELOR ELECTRICE DIN PULBERI
COMPOZITE
79
40
6.1 Analiza microstructurii contactelor electrice din pulberi compozite 79 40
6.1.1 Pregătirea probelor pentru examinarea metalografică 79 -
6.1.2 Analiza metalografică pentru microscopie optică 80 40
6.1.3 Analiza metalografică prin microscopie electronică-SEM, analize
EDAX și XRD
84
41
6.2 Studii asupra proprietăților mecanice ale contactelor elaborate 92 42
6.2.1 Microduritatea 92 42
6.2.2 Comportamentul la frecare și uzare 97 43
6.3 Studii asupra proprietăților electrice ale contatelor elaborate 102 44
6.4 Studii asupra comportării termice a contactelor elaborate 107 46
6.4.1 Analiza calorimetrică diferențială dinamică (DSC) 107 46
6.4.2 Analiza dilatării termice 114 47
6.5 Concluzii 116 -
CAPITOL 7. CONCLUZII FINALE. CONTRIBUŢII ORIGINALE.
DIRECȚII VIITOARE DE CERCETARE
117
48
BIBLIOGRAFIE 120 52
ANEXE
Scurt Rezumat (romana/engleza) 130 55
CV 131 56
CONTENT
Pg.
teza
Pg.
rezumat
INTRODUCTION 6 9
CHAPTER 1 CURRENT STATE OF KNOWLEDGE REGARDING THE
DEVELOPMENT OF ELECTRICAL CONTACTS FROM COMPOSITE
MATERIALS
8
11
1.1Composite metal materials 8 11
1.2 Constituent phases of the composite materials
1.3 Production methods for composite materials
10
12
-
13
1.4 Electrical contacts made from composite powders 18 18
1.4.1 Overview 18 -
1.4.2 Classification of electrical contacts 19 18
1.4.3 Typical problems of the electrical contacts by their nature 19 18
1.4.4 Powder metallurgy in the development of electrical contacts 20 20
1.5 Composite materials based on copper used in development on electrical
contacts
22
-
1.6 Conclusions 25 -
CHAPTER 2 PURPOSE AND OBJECTIVES OF THE RESEARCH 26 22
2.1 Current trends of the researches in the approached field 26 22
2.2 Research domain delimitation 26 22
2.3 Objectives aimed 27 23
CHAPTER 3 THEORETICAL STUDY ON THE DEVELOPMENT OF
ELECTRICAL CONTACTS BY MEANS OF POWDER METALLURGY
28
24
3.1 Mechanical alloying mechanism 28 24
3.1.1 Ball to powder collisions 28 -
3.1.2 Stages of powder processing 28 -
3.2 The influence of the mechanical alloying process parameters on the
powders properties
30
24
3.3 Modern sintering technologies 32 -
3.3.1 Microwave hibrid sintering 33 25
3.3.2 Spark plasma sintering 35 27
3.4 Conclusions 41 28
CHAPTER 4 RESEARCH ON THE DEVELOPMENT AND
CHARACTERIZATION OF COPPER MATRIX COMPOSITE POWDERS
42
29
4.1 The equipment used for developing composite powders 42 29
4.2 Elemental powders used for developing copper matrix composite materials 43 -
4.2.1 Elemental powder characterization 43 -
4.2.2 Chemical composition of the powderes mixtures 45 29
4.3 Studies on the development of copper matrix composite powders through
mechanical alloying
46
29
4.3.1 Establish the working parameters for the mechanical alloying 46 29
4.3.2 Cu-TiC-Gr composite powders characterization 49 31
4.3.2.1 Chemical composition of the composite powders obtained by
mechanical alloying process
49
31
4.3.2.2 Determination of particle size distribution for the composite
mixtures
51
31
4.4 Conclusions 55 32
CHAPTER 5 RESEARCH ON THE DEVELOPMENT OF ELECTRICAL
CONTACTS FROM COPPER MATRIX COMPOSITE POWDERS
56
33
5.1 Research on the die compaction of the copper matrix composite powders 56 33
5.2 Study on the microwave hybrid sintering of electrical contacts made from
copper matrix composite powders
61
34
5.2.1 Metallographic analysis by scanning electron microscopy-SEM and
EDAX analysis
66
-
5.2.2 Study of the microhardness of the microwave sintered electrical
contacts
68
36
5.3 Study on the spark plasma sintering of electrical contacts made from
copper matrix composite powders
74
37
5.4 Conclusions 76 39
CHAPTER 6 STUDY ON THE PROPERTIES AND MICROSTRUCTURE
OF THE ELECTRICAL CONTACTS MADE FROM COMPOSITE
POWDERS
79
40
6.1 Microstructural analysis of the electrical contacts made from composite
powders
79
40
6.1.1 Samples preparation for the metallographic examination 79 -
6.1.2 Metallographic analysis through optical microscopy 80 40
6.1.3 Metallographic analysis through scanning electron microscopy-SEM,
EDAX and XRD analysis
84
41
6.2 Studies on the mechanical properties of the developed electrical contacts 92 42
6.2.1 Microhardness 92 42
6.2.2 Friction and wear behavior 97 43
6.3 Studies on the electrical properties of the developed electrical contacts 102 44
6.4 Studies on the thermal behavior of the developed electrical contacts 107 46
6.4.1 Differential scanning calorimetry (DSC) 107 46
6.4.2 Thermal expansion analysis 114 47
6.5 Conclusions 116 -
CHAPTER 7. FINAL CONCLUSIONS. ORIGINAL CONTRIBUTIONS.
FUTURE RESEARCH
117
48
BIBLIOGRAPHY 120 52
ANEXE
Abstract (romana/engleza) 130 55
CV 131 56
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 9
INTRODUCERE
Tehnologia materialelor compozite se dezvoltă cu rapiditate pentru a ține pasul cu
schimbările de moment din diferite sectoare industriale, precum cele aerospațiale, automotive
și electrice. Noi fibre, matrici și materiale compozite, precum și procese de elaborare
inovative continuă să ofere oportunități interesante pentru îmbunătățirea performanțelor și
reducerea costurilor, care sunt esențiale pentru a menține competitivitatea pe piețele
internaționale.
Metalurgia pulberilor este una dintre acele tehnologii de vârf din industrie care
răspunde la cele două imperative de bază: economisirea de material și economisirea de
energie. Avantajele care apar în cadrul elaborării diferitelor piese prin această tehnologie sunt
uriașe, motiv pentru care metalurgia pulberilor este un domeniu industrial în plin avânt
tehnologic.
Dezvoltarea vertiginoasă a acestei industrii a impus asimilarea rapidă a unor materiale
feroase și neferoase, care au găsit o largă aplicabilitate în elaborarea pieselor poroase
antifricțiune, a pieselor de rezistență din industria contructoare de mașini, a contactelor
electrice etc.
Compozitele cu matrice metalică ranforsate cu particule ceramice sunt potrivite pentru
aplicații structurale datorită tenacității lor superioare și rezistenței la uzare. Materialele
compozite cu matrice de cupru sunt candidați ideali pentru aplicații de contacte electrice,
acolo unde conductibilități electrice și termice mari, precum și rezistența la uzare sunt
imperative.
Compozitele Cu-TiC-grafit pot îndeplini cerințele impuse contactelor electrice
deoarece cuprul posedă conductibilitate electrică și termică foarte bună și rezistență la
coroziune, TiC are duritate mare, punct de topire ridicat și rezistență la uzare, iar grafitul are
proprietăți bune antifricțiune datorită efectului său de autolubrifiere.
Cercetările prezentei teze de doctorat au avut ca scop elaborarea unui material
compozit nanostructurat cu matrice metalică de cupru și elemente de ranforsare pulberi
ceramice de TiC și grafit.
Pentru elaborarea acestui material s-a utilizat procedeul de aliere mecanică, procedeu
specific metalurgiei pulberilor. Deoarece contactele electrice sunt supuse la solicitări
electrice, termice și mecanice, materialele utilizate pentru elaborarea acestora trebuie să
prezinte proprietăți ridicate atât din punct de vedere electric, termic precum și mecanic,
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 10
aspecte de care s-a ținut cont în cercetările experimentale realizate în cadrul lucrării de
doctorat.
Alierea mecanică, dozarea și presarea în matriță, precum și încercările electrice,
termice și mecanice au fost realizate în cadrul Institutului de Cercetare-Dezvoltare al
Universității Transilvania Brașov, ICDT, experimentele de sinterizare hibridă cu microunde și
sinterizare în plasmă de scânteie (Spark Plasma Sintering) au fost realizate în cadrul Facultății
de Ingineria și Managementul Sistemelor Tehnologice – IMST din Drobeta Turnu-Severin,
respectiv în cadrul Institutului Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică Tehnică – IFT
Iași, iar caracterizarea prin microscopie electronică de baleiaj – SEM a fost realizată în cadrul
Universității Tehnice „Gheorghe Asachi” din Iași.
Capitolul 1 intitulat „Stadiul actual al cercetărilor privind elaborarea contactelor
electrice din materiale compozite” prezintă o clasificare a contactelor electrice și a
procedeelor de obținere a acestora, precum și propunerile cercetătorilor din domeniu privind
elaborarea de noi materiale compozite și de tehnologii inovative de elaborare a acestora.
În capitolul 2 este enunțat scopul lucrării de doctorat și sunt prezentate obiectivele de
cercetare ce se doresc a fi atinse în vederea îndeplinii scopului propus.
Capitolul al 3-lea intitulat “Studiu teoretic privind elaborarea contactelor electrice prin
aliere mecanică și sinterizare” prezintă influența parametrilor implicați în procesul de aliere
mecanică, mecanismul sinterizării cu microunde și al sinterizării în plasmă de scânteie și
influența factorilor acestor procese asupra produsului finit.
În capitolul al 4-lea intitulat “Cercetări privind elaborarea și caracterizarea pulberilor
compozite cu matrice de cupru” se prezintă metodica utilizată pentru elaborarea rețetei
materialului compozit și proprietățile amestecului pulverulent obținut.
În capitolul al 5-lea intitulat “Cercetări privind elaborarea contactelor electrice din
pulberi compozite cu matrice de cupru” se prezintă experimentele de sinterizare cu microunde
și sinterizare în plasmă de scânteie aplicate compactelor crude din pulberi compozite, precum
și aplicabilitatea metodelor propuse asupra materialului elaborate.
În capitolul al 6-lea intitulat “Studii asupra proprietăților și microstructurii contactelor
electrice din pulberi compozite” sunt puse în evidență rezultatele obținute în urma testării
proprietăților mecanice, electrice și termice ale contactelor elaborate corelate cu analiza
microstructurală a acestora.
Capitolul 7 intitulat “Concluzii finale. Contribuții originale. Direcții viitoare de
cercetare” prezintă concluziile generale împreună cu contribuțiile personale realizate privind
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 11
tema abordată și studiată în prezenta teză de doctorat, precum și direcțiile viitoare de
cercetare.
Pe această cale doresc să-i mulțumesc îndrumătorului științific, prof.univ.dr.ing.
Cornel Eugen ȘERBAN care m-a îndrumat cu atenție și mi-a dat sfaturi utile pe parcursul
cercetărilor. De asemenea doresc să mulțumesc pentru colaborarea științifică și pentru
sprijinul acordat în realizarea cercetărilor domnilor: prof.univ.dr.ing. Oana GÎNGU de la
Facultatea de Ingineria și Managementul Sistemelor Tehnologice din Drobeta Turnu-Severin,
prof.univ.dr.ing. Corneliu MUNTEANU de la Universitatea Tehnică „Gheorghe Asachi” din
Iași, dr.fiz. Nicoleta LUPU de la Institutul Național de Cercetare-Dezvoltare pentru Fizică
Tehnică – IFT Iași, prof.univ.dr.ing. Mircea Horia ȚIEREAN și prof.univ.dr.ing. Teodor
MACHEDON PISU de la Universitatea Transilvania din Brașov.
Doresc de asemenea să mulțumesc întregului colectiv al Facultății de Știința și
Ingineria Materialelor, în special dnei.prof.univ.dr.ing. Rodica Mariana POPESCU,
dl.prof.univ.dr.ing. Tibor BEDO și dl.cercetător dr.ing. Alin Mihai POP care, cu multă
răbdare, competență profesională și înțelegere m-au îndrumat și mi-au oferit posibilitatea
desfășurării cercetărilor experimentale prezentate în lucrare.
Mai mult decât simple mulțumiri le datorez familiei, părinților, soțului și copilașului
nostru pentru răbdarea, sprijinul și susținerea continuă pe care mi-au acordat-o pe parcursul
acestor ani.
CAPITOL 1
STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR PRIVIND ELABORAREA
CONTACTELOR ELECTRICE DIN MATERIALE COMPOZITE
1.1. MATERIALE METALICE COMPOZITE
Apar tot mai frecvent situaţii în care materialele tradiţionale nu pot satisface în
totalitate multitudinea restricţiilor menţionate pentru un produs finit și, deoarece configuraţia
geometrică a structurilor este în general impusă, singura pârghie unde se poate acţiona,
rămâne cea a utilizării de materiale noi, cu calităţi deosebite. Pentru o structură mecanică cu
configuraţie geometrică şi condiţii de lucru cunoscute, este necesar să se proiecteze şi să se
realizeze materialul adecvat din care aceasta să fie confecţionată.
Au apărut astfel materialele compozite, care sunt o nouă clasă de materiale ce prezintă
o mare importanţă tehnologică şi ale căror aplicaţii cunosc în prezent o dezvoltare intensă în
mai multe domenii [34].
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 12
Materialele compozite au cunoscut o gamă largă de definiții, fără a se putea spune că
există una unanim acceptată și valabilă. Unii cercetători încearcă să definească aceste structuri
ca fiind materiale care au drept matrice o fază continuă ce înconjoară materialul de umplutură,
în timp ce alții acceptă ca materiale compozite toate structurile care sunt neomogene și
formate din mai multe faze.
La nivel supramolecular pot fi puse în evidență neomogenități datorate existenței unor
domenii cristaline sau amorfe, orientări diferite ale macromoleculelor, existența
stabilizatorilor, lubrifianților, coloranților etc.
La nivel microfizic, se poate pune în evidență existența deja selectivă a unor materiale
aparent omogene, constituite dintr-o fază unică, sau a unor materiale constituite din domenii
distincte (faze distincte) formate, în general, dintr-un domeniu dominant (matricea), în care
sunt distribuite fazele dispersate, conturate net, prin suprafețe de separare, sau, mai puțin net,
prin straturi de interfață. Continuitatea fazelor, forma fazei dispersate, distribuțiile, sunt la fel
de importante ca și natura chimică și proprietățile fazelor.
Materialele compozite fac parte din categoria „noilor materiale” şi sunt create special
pentru a răspunde unor exigenţe deosebite în ceea ce priveşte:
- rezistenţa mecanică şi rigiditatea;
- rezistenţa la coroziune;
- rezistenţa la acţiunea agenţilor chimici;
- greutatea scăzută;
- stabilitatea dimensională;
- rezistenţa la solicitări variabile, la şoc şi la uzură;
- proprietăţile izolatoare şi estetica.
Un material compozit este alcătuit din mai multe componente cu proprietăți fizice și
chimice diferite, materialul astfel obținut având proprietăți superioare față de cele ale
materialelor individuale din componența sa și anume:
- limita de curgere;
- duritate;
- rezistența la tracțiune;
- rezistența la uzare;
- coeficient de dilatare termică;
- proprietăți electrice;
- proprietăți termice.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 13
Anumite proprietăți ale materialelor compozite precum densitate, proprietăți electrice,
modul de elasticitate, pot fi exprimate ca fiind suma dintre proprietățile fiecărui component
individual și fracția volumică a acestuia în materialul compozit. O clasificare generală a
materialelor compozite, care le prezintă într-un mod sintetic în figura 1.2, are la bază
utilizarea concomitentă a două criterii și anume:
- particularitățile geometrice ale materialului complementar;
- modul de orientare a acestuia în matrice.
Figura 1.2. Clasificarea materialelor compozite [109]
1.3. PROCEDEE DE OBȚINERE A MATERIALELOR COMPOZITE
Metodele de elaborare a materialelor compozite variază de la metalurgia pulberilor
până la tehnologii precum cele pe bază de laser, respectiv tehnici special adaptate precum
presare la cald, infiltrare etc.
Procese în stare lichidă
Turnarea sau infiltrarea topiturii implică infiltrarea unui metal topit într-un
semifabricat cu rol de armătură din fibre sau particule de pulbere (figura 1.3). Infiltrarea în
fază lichidă a unui material compozit nu este un proces ușor datorită dificultăților de umectare
a ranforsantului ceramic de către metalul topit. Atunci când infiltrarea unui semifabricat fibros
se produce cu ușurință, apar reacții între fibre și metalul topit care pot degrada semnificativ
proprietățile fibrelor.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 14
Figura 1.3. Procedeul de elaborare a materialelor compozite prin turnare [106]
Turnarea sub presiune sau infiltrarea sub presiune implică presarea unui metal
topit într-un semifabricat din fibre sau particule de pulbere (figura 1.4). Presiunea se aplică
până când procesul de solidificare este complet. Prin presarea topiturii metalice, aceasta este
forțată să pătrundă prin porii mici ai armăturii și astfel este înlăturată condiția de umectare a
ranforsantului de către metalul topit.
Figura 1.4. Procedeul de turnare sub presiune sau infiltrare sub presiune [106]
Procese în stare solidă
Îmbinarea prin difuzie (diffusion bonding) este o tehnică obișnuită de procesare a
metalelor similare sau diferite în stare solidă. Rezultatul interdifuziei atomilor de pe
suprafețele metalice curate aflate în contact, la temperaturi ridicate, este lipirea acestora.
Principalele avantaje ale acestei metode sunt capacitatea de a procesa o gamă largă de matrici
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 15
metalice și de a controla orientarea și fracția volumică a fibrelor. Printre dezavantaje putem
enumere timpul îndelungat de procesare, temperaturi și presiuni foarte mari (care determină
creșterea costurilor de procesare) și o limitare a complexității formelor care pot fi elaborate.
Există mai multe variante ale procesului clasic de îmbinare prin difuzie, însă toate necesită
aplicarea simultană a presiunilor și temperaturilor foarte mari.
Figura 1.5. Procesul de îmbinare prin difuzie [106]
Prelucrarea prin deformare poate fi de asemenea utilizată pentru a deforma/ a
densifica un material compozit. În compozitele metal-metal, prelucrarea mecanică (matrițare,
extrudare, laminare) a unui material ductil bifazic produce alungirea uneia dintre faze în
rețeaua celei de-a doua. Îmbinarea prin laminare este o tehnică obișnuită utilizată pentru a
elabora materiale compozite alcătuite din metale diferite stratificate, care poartă denumirea de
foițe compozite (figura 1.6).
Figura 1.6. Procesul de elaborare a materialelor compozite laminate [106]
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 16
Procesarea pulberilor în combinație cu prelucrarea prin deformare sunt utilizate
pentru a elabora compozite armate cu fibre scurte sau particule. Acest procedeu implică
presarea la rece și sinterizarea sau presarea la cald pentru a elabora materiale compozite cu
matrice metalică armate cu particule. Pulberile matrice și cele de ranforsare sunt amestecate
împreună pentru a obține o distribuție omogenă (figura 1.7). Particulele sau fibrele rigide
produc deformări semnificative în matrice. În plus, în timpul extrudării la cald, se produce
recristalizarea dinamică la interfața matrice-particulă, rezultând grăunți orientați aleatoriu
aproape de interfață și grăunți cu o textură relativă mai îndepărtați de interfață.
Figura 1.7. Procesarea pulberilor, presarea la cald și procesul de extrudare pentru elaborarea
materialelor compozite armate cu particule sau fibre scurte [106]
Sinter-forjarea este o tehnică nouă care prezintă costuri reduse de procesare prin
deformare. In sinter-forjare, un amestec format din pulberea matricei și pulberea de armare
este compactat la rece, sinterizat și forjat la densitate aproape teoretică (figura 1.8).
Principalul avantaj al acestei tehnici îl reprezintă faptul că forjarea este realizată astfel încât să
se elaboreze un produs cu formă aproape finită, operațiile ulterioare de prelucrare și pierderea
de material sunt minimizate.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 17
Figura 1.8 Tehnologia de sinter-forjare pentru producerea materialelor compozite cu matrice
metalică [106]
Tehnologia de depunere pentru elaborarea compozitelor cu matrice metalică implică
acoperirea fibrelor individuale cu materialul matricei, urmată de o îmbinare prin difuzie
pentru a forma un compozit consolidat de formă plană sau structurală. Principalul dezavantaj
al utilizării tehnologiilor de depunere este faptul că sunt mari consumatoare de timp.
Sunt disponibile mai multe tehnici de depunere printre care: acoperire prin imersie,
acoperire electrolitică, depunere prin pulverizare, depunere chimică cu vapori (CVD) precum
și depunere fizică cu vapori (PVD). Depunerea electrolitică produce o acoperire cu o soluție
obținută din ionii materialului dorit în prezența unui curent electric. Avantajul acestei metode
îl reprezintă faptul că temperaturile implicate în acest proces sunt moderate și fibrele nu se
deteriorează. Dezavantajele sunt reprezentate de faptul că se formează goluri între fibre și
între straturile de fibre ceea ce determină o aderență scăzută pe suprafața acestora, în plus un
număr limitat de matrici sunt disponibile pentru acest tip de procesare.
Procese in situ
În cadrul acestor tehnici, faza de armare este realizată in situ. Materialul compozit este
elaborat într-o singură etapă dintr-un aliaj inițial adecvat, evitându-se astfel dificultățile
inerente apărute la combinarea componentelor separate, așa cum se procedează la o elaborare
tipică de material compozit. Solidificarea unidirecțională controlată este a unui aliaj eutectic
este un exemplu clasic de procesare in situ (figura 1.9).
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 18
Figura 1.9 Procesarea in situ prin solidificarea unidirecțională controlată a unui aliaj eutectic
[106]
Procesul XD (brevetat de Martin Marietta) este un alt procedeu in situ care utilizează
o reacție exotermică între două componente pentru a produce un compus nou. Această tehnică
este denumită uneori ca proces de sinteză cu auto-propagare la temperaturi înalte. Procesul
XD este utilizat pentru a elabora compozite metalice armate cu particule ceramice. Un aliaj
principal cu un conținut ridicat de particule de armare este produs printr-o reacție de sinteză.
Acesta este amestecat și retopit cu aliajul de bază pentru a produce cantitatea dorită de
particule de ranforsare.
Avantajele și motivația utilizării procesării prin metalurgia pulberilor
Metalurgia pulberilor este utilizată în prezent datorită faptului că reprezintă o metodă
de fabricație de cost redus pentru elaborarea compozitelor în formă finită sau semi-finită.
Tehnologia metalurgiei pulberilor este întotdeauna preferată atunci când se urmărește
încorporarea unei faze ceramice dure (ranforsantul) într-o fază metalică prin procedeul de
aliere mecanică. De asemenea, metalurgia pulberilor este potrivită pentru elaborarea de
materiale compozite datorită dispersiei foarte bune a particulelor fine de ranforsare în
matricea metalică.
1.4. CONTACTE ELECTRICE DIN PULBERI METALICE
Contactele electrice constituie părțile cele mai solicitate ale căilor de curent ale
echipamentelor electrice. În exploatare, contactele sunt supuse efectelor termice ale curenților,
uzurii datorate ciocnirilor și frecărilor, precum și acțiunii arcului electric care însoțește
operațiile de anclanșare și declanșare a circuitelor electrice.
Condițiile care se impun contactelor electrice sunt următoarele:
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 19
- Să prezinte siguranța legăturii de contact;
- Să aibă rezistență mecanică suficientă;
- Să prezinte stabilitate termică și electrodinamică la trecerea curenților de regim
normal de funcționare și de scurtcircuit;
- Să fie rezistente la acțiunea arcului electric;
- Să realizeze contactul fără lipire sau sudare datorate încălzirii locale mari și topirii
metalului contactului, datorată temperaturii mari a arcului electric;
- Să fie rezistente la acțiunea factorilor externi.
1.4.3. Probleme tipice ale contactelor electrice în funcție de natura acestora
Problemele contactelor electrice apar în urma proceselor fizice de stabilire a
contactului în sine, la care se adaugă problemele asociate cu închiderea și deschiderea
circuitelor [10].
Contacte de anclanșare/declanșare
La declanșare, problemele contactelor apar în urma eroziunii arcului, transferului de
material și sudării, pe când la anclanșare, rezistența de contact determină căderi de tensiune și
creșterea temperaturii contactelor. Rezistența de contact depinde și de condițiile de mediu,
ceea ce determină formarea de pelicule subțiri de oxizi sau produși ai coroziunii pe suprafața
piesei de contact.
Proprietățile impuse contactelor electrice depind în mare măsură de aplicațiile
acestora, de aceea este necesară utilizarea diferitelor materiale. Rezistența mare de contact
determină creșterea temperaturii, care limitează capacitatea de transport a sarcinilor electrice
în interiorul materialului. Atunci cînd forța de apăsare este mai mare, crește și suprafața de
contact și implicit uzura contactelor.
O modalitate de a reduce rezistența de contact este utilizarea materialelor care produc
un contact metalic foarte bun sub acțiunea unei forțe moderate, în această categorie pot fi
incluse materialele pe bază de cupru și argint.
Contacte alunecătoare (glisante)
Cele mai mari probleme pentru aceste tipuri de contacte electrice sunt cauzate de
vitezele mari de alunecare. Suprafețele de alunecare se acoperă rapid cu o „patină” formată
din oxizi, particule de grafit și cenușă generate prin arderea materialului periei. Rezistența de
contact este mare, ceea ce determină temperaturi locale foarte mari. Formarea acestei „patine”
este necesară anumitor operații ale periei de alunecare, deoarece mecanismul de uzare este
astfel redus.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 20
Rugozitatea suprafețelor este dăunătoare contactelor glisante, deoarece se formează
puncte de contact electric slab și variabil, ceea ce duce la apariția arcului electric.
O altă problemă a contactelor glisante o reprezintă oxidarea și coroziunea, dar acțiunea
de curățare prin alunecare tinde să înlăture produșii acestor procese, iar „patina” oferă o
protecție suplimentară suprafețelor aflate în contact.
Contactele fixe
Natura contactului între suprafețele implicate este aceeași ca și în cazul contactelor
amovibile, singura diferență constă în faptul că acestea rămân în contact pe o perioadă de
câțiva ani, forțele de contact sunt mari, suprafețele inițiale aflate în contact sunt mari,
rezultând o rezistență mică. Procesele de oxidare și coroziune se produc într-un timp mai
îndelungat, suprafața de contact dintre piese este redusă progresiv până când toate punctele de
contact practic dispar. Cuprul și argintul prezintă cele mai mici rate de deteriorare sub
acțiunea procesului de fluaj, astfel fiind cele mai potrivite pentru astfel de contacte electrice.
1.4.4. Metalurgia pulberilor în elaborarea contactelor electrice
Cea mai mare parte a materialelor pentru contactele electrice se elaborează prin
procedeele metalurgiei pulberilor. Folosind metodele clasice de topire și turnare, este practic
imposibilă realizarea unor astfel de materiale, deoarece componentele respective nu se aliază
între ele. Din amestecul de pulberi, prin presare și sinterizare, se pot realiza relativ ușor
combinații și pseudoaliaje între metale și metaloizi respectiv oxizi, cum ar fi materialele pe
bază de cupru-grafit, bronz-grafit, wolfram-cupru, wolfram-argint, argint-nichel etc.
Elaborarea acestor materiale se poate realiza în două moduri:
- Prin amestecarea pulberilor, urmată de presare și sinterizare;
- Prin sinterizarea unui semifabricat poros din componentul metalic greu fuzibil și
umplerea ulterioară prin impregnare (sau infiltrare) a porilor acestuia cu
componentul ușor fuzibil, aflat în stare topită. Însă, datorită neomogenităților
obținute prin infiltrare, această metodă nu poate oferi compozite cu densități
ridicate [15, 68].
1.5. MATERIALE COMPOZITE PE BAZĂ DE CUPRU UTILIZATE LA
REALIZAREA CONTACTELOR ELECTRICE
Cuprul este unul dintre cele mai interesante materiale pentru investigare datorită
proprietăților atractive pe care le are atunci când dimensiunile particulelor sunt în domeniul
submicronic. De-a lungul timpului au fost elaborate contacte electrice din materiale
compozite pe bază de cupru armate cu particule sau fibre cermice prin procedeele specifice
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 21
metalurgiei pulberilor cu scopul de a obține proprietăți superioare celor realizate prin
procedeele clasice de topire și turnare. Compozitele hibride au proprietăți superioare în
comparație cu cele cu un singur element de ranforsare, deoarece ele combină avantajele
tuturor constituenților pe care îi conțin. TiC este un material interesant de utilizat ca element
de ranforsare în matricile metalice datorită durității și temperaturii de topire ridicate, precum
și conductivității electrice bune [43]. Adaosul de TiC îmbunătățește proprietățile fizice, fără a
afecta semnificativ proprietățile electrice ale compozitelor cu matrice de cupru [97]. Grafitul
are proprietăți de autolubrifiere datorită structurii sale lamelare și este un bun conducător de
electricitate [13].
1.6. CONCLUZII
- Contactele electrice alunecătoare sunt părți esențiale ale unui circuit electric și sunt
utilizate pentru a transmite puterea și semnalul electric între părțile mobile și
staționare ale unui motor. Aceste tipuri de contacte sunt foarte importante în
numeroase aplicații precum periile comutatoare ale motoarelor de curent continuu
sau sistemele de contact glisante în generatoarele de curent alternativ. Pentru astfel
de aplicații, trebuie luată în calcul o serie de factori pentru a menține eficiența
motorului precum rezistența mare la uzare atât a materialului periei cât și a
materialului rotorului, conductibilitate electrică și termică bună, chiar și după un
timp îndelungat de utilizare.
- În mașinile electrice, contactele electrice glisante sunt formate din perii de
carbon sau electrografit. Asfel de materiale nu au o durată lungă de viață datorită
generării de praf grafitic în urma procesului de uzare. Deoarece aceste perii se
regăsesc în categoria componentelor nereparabile, ele trebuie înlocuite la intervale
de timp prestabilite, iar înlocuirea lor periodică crește costul utilizării aparatului.
De aceea sunt necesare noi materiale, cu proprietăți îmbunătățite de autolubrifiere
și antifricțiune, conductibilitate electrică și rezistență la formarea arcului electric.
- Compozitele hibride de forma cupru-TiC-grafit pot îndeplini cu succes
cerințele impuse contactelor electrice glisante, deoarece cuprul prezintă
conductibilitate electrică și termică foarte bună și este rezistent la coroziune,
carbura de titan crește duritatea și îmbunătățește rezistența la uzare, iar grafitul
oferă un efect autolubrifiant în funcționare, determinând astfel scăderea
coeficientului de frecare și, implicit, a ratei de uzare.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 22
CAPITOL 2
SCOPUL ȘI OBIECTIVELE CERCETĂRII
2.1. TENDINȚE ACTUALE ALE CERCETĂTORILOR ÎN DOMENIUL ABORDAT
În toate țările industrializate, materialele compozite reprezintă un domeniu prioritar,
situat în avantgarda procesului continuu de inovare tehnologică. Acestea constituie o soluție
tot mai des adoptată în realizarea structurilor performante, ca alternative avantajoase ale
materialelor clasice sau pentru obținerea de noi aplicații, altfel greu sau imposibil de realizat.
Industrii precum cea a vehiculelor pentru transporturi auto, feroviare și navale, cea
aerospațială, electronică, energetică (în special la utilizarea surselor de energie
neconvențională), nu se pot situa la nivelele de perofrmanță, eficiență și competitivitate fără
aportul de noi materiale.
Fără a înlocui aliajele metalice clasice, dar preluând tehnicile lor de fabricare,
materialele compozite s-au impus în scurt timp nu numai prin performanțele lor, dar și din
punct de vedere economic. Studiile prognozează o adevărată „explozie” a acestor materiale,
acum, la începutul mileniului III. Pe plan mondial, cercetătorii în domeniu sunt solicitați să
dezvolte materiale noi cu performanțe deosebite.
Ținând cont de tendințele actuale și cercetările în domeniu, scopul prezentei teze de
doctorat este acela de a elabora un material compozit pentru contacte electrice care să fie
performant, calitativ superior contactelor elaborate convențional și posibil de realizat prin
procedee și tehnologii eficiente și nepoluante.
2.2. DELIMITAREA DOMENIULUI DE CERCETARE
Lucrarea se axează asupra următoarelor domenii de cercetare:
- Dezvoltarea de noi materiale, de produse inovative care să prezinte caracteristici
fizice, mecanice și tehnologice superioare față de materialele convenționale;
- Elaborarea de materiale sau piese cu proprietăți speciale impuse care pot fi realizate
numai prin procedeele tehnologice ale metalurgiei pulberilor, utilizând materii prime
pulberi metalice și nemetalice;
- Utilizarea unor tehnologii moderne și performante de elaborare a materialelor, care să
prezinte costuri reduse, siguranță și fiabilitate, reproductibilitate ridicată și să respecte
normele de protecția mediului.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 23
2.3. OBIECTIVELE URMĂRITE
În vederea îndeplinirii scopului propus, au fost stabilite următoarele obiective:
Realizarea unor noi amestecuri compozite pulverulente de forma Cu-TiC-Gr astfel:
- Dozarea materialelor conform rețetei propuse;
- Elaborarea amestecurilor compozite prin procesul de aliere mecanică;
- Caracterizarea amestecurilor obținute din punct de vedere a compoziției chimice și
a dimensiunii particulelor de pulbere compozită.
Evaluarea influenței parametrilor implicați în procesul de aliere mecanică asupra
proprietăților produsului obținut și anume:
- Studiul influenței timpului de aliere mecanică asupra aglomerării particulelor de
pulbere;
- Studiul influenței raportului dintre masa bilelor și masa pulberii asupra
dimensiunii particulelor pulberii;
- Studiul influenței dimensiunii diametrelor bilelor din creuzetele de măcinare
asupra gradului de aliere a pulberilor.
Testarea unor metode noi de sinterizare eficiente și nepoluante și evaluarea
aplicabilității acestora asupra materialelor elaborate și anume:
- Studiul aplicabilității tehnologiei de sinterizare hibridă în câmp de microunde;
- Studiul aplicabilității tehnologiei de sinterizare cu descărcare în plasmă.
Determinarea microstructurii și a proprietăților mecanice, electrice și termice ale
contactelor electrice elaborate astfel:
- Caracterizarea prin microscopie optică, microscopie electronică, analize EDAX și
XRD ale contactelor electrice elaborate;
- Analiza proprietăților mecanice prin determinarea microdurității, a coeficientului
de frecare și a ratei de uzare a materialelor;
- Analiza proprietăților electrice prin determinarea rezistenței electrice, a
rezistivității, respectiv a conductibilității electrice a contactelor elaborate;
- Determinarea proprietăților termice prin analize de calorimetrie diferențială
dinamică și dilatare termică.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 24
CAPITOL 3
STUDIU TEORETIC PRIVIND ELABORAREA CONTACTELOR
ELECTRICE PRIN PROCEDEE SPECIFICE METALURGIEI PULBERILOR
3.1. MECANISMUL ALIERII MECANICE
Procesul de aliere mecanică (AM) implică amestecarea pulberilor în proporțiile dorite,
umplerea creuzetelor cu aceste pulberi împreună cu mediul de măcinare (în general bile) și
apoi, măcinarea pentru o anumită perioadă de timp necesară pulberilor să atingă starea de
echilibru.
3.2. INFLUENȚA PARAMETRILOR PROCESULUI ÎN ALIEREA MECANICĂ
Alierea mecanică (AM) este un proces complex care implică optimizarea unui număr
de variabile pentru a obține o anumită fază, microstructură și/sau anumite proprietăți ale
produsului final [85]. Pentru o compoziție dată, cele mai importante variabile care au un efect
major asupra compusului final din pulberi măcinate sunt [61]:
- Tipul morii;
- Incinta de măcinare;
- Viteza de măcinare;
- Durata măcinării;
- Tipul, mărimea și distribuția granulometrică a pulberilor;
- Raportul greutăților dintre bile și pulberi (BPR);
- Atmosfera de măcinare;
- Agentul de control al procesului;
- Temperatura de măcinare.
Aceste variabile de proces nu sunt complet independente, timpul optim de măcinare
depinde de tipul morii, mărimea particulelor pulberii, temperatura de măcinare, raportul dintre
masa bilelor și cea a pulberii etc. Analiza efectului fiecărei variabile de proces asupra
produsului final se face presupunând că ceilalți factori nu variază în mod semnificativ.
3.3. TEHNOLOGII MODERNE DE SINTERIZARE
Metalurgia pulberilor reprezintă procesul de compactare a unui material pulverulent în
forma unui compact crud urmat de o sinterizare la temperaturi înalte pentru a obține un produs
în formă finită sau semi-finită. Industria metalurgiei pulberilor lansează constant provocări
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 25
pentru proiectarea și implementarea unor procese noi și îmbunătățite de sinterizare, având ca
rezultat produse cu microstructuri mai fine și proprietăți fizice și mecanice îmbunătățite.
Astfel au apărut metodele noi de sinterizare precum sinterizarea hibridă cu microunde și
sinterizarea cu descărcare în plasmă.
3.3.1. Sinterizarea hibridă în câmp de microunde
Încălzirea cu microunde este un proces prin care materialele se cuplează cu
microundele, absorb volumetric energia electromagnetică și o transformă în căldură. Acest
aspect este diferit față de procesul clasic de sinterizare, unde căldura este transferată între
obiecte prin mecanismele conducției, radiației și convecției (figura 3.5) [88]
Figura 3.5. Modelul de încălzire: (a) convențional și (b) cuptorul cu microunde [64]
Sinterizarea cu microunde prezintă numeroase avantaje în comparație cu cea
convențională [4, 70, 80], precum:
- Procese de difuzie îmbunătățite;
- Consum redus de energie;
- Rate de încălzire foarte mari;
- Timp de procesare redus;
- Temperaturi de sinterizare mai mici;
- Proprietăți fizice și mecanice îmbunătățite;
- Impact redus asupra mediului.
Transferul energiei direct în interiorul probei și încălzirea volumetrică a acesteia,
elimină risipa de energie pentru încălzirea simultană a cuptorului, a pereților acestuia sau a
altor componente masive. Astfel se realizează o economie importantă de energie și timp, iar
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 26
produsele obținute prezintă proprietăți mecanice îmbunătățite în comparație cu cele sinterizate
convențional, deoarece încălzirea este mai uniformă.
În procesul de sinterizare convențională, pentru a preveni apariția gradientului termic
în interiorul compactului la temperaturi mari, este necesară utilizarea unor rate mari mici de
încălzire, care determină creșterea duratei procesului, contribuind astfel la creșterea
grăunților. Aplicarea unor rate mari de încălzire în sinterizarea convențională ar determina
apariția unui gradient de temperatură care ar genera dezordini în interiorul compactului și o
microstructură neomogenă.
Prin tehnica sinterizării cu microunde se reduc atât timpul cât și energia necesare
procesului, deoarece efectele acestui tip de sinterizare își au originile în capacitatea naturală a
anumitor substanțe de a absorbi și de a transforma eficient energia electromagnetică (radiația)
în căldură. Dacă se generează suficientă căldură la nivel local, reacțiile chimice se inițiază și
se amplifică foarte repede, scurtând astfel timpul de manținere izotermă.
Rata de densificare este puternic influențată de difuzia ionilor între particulele pulberii
iar rata de creștere a grăunților este determinată de difuzia la limita dintre grăunți. Intensitatea
câmpului generat de microunde între particulele pulberii este de 30 de ori mai mare decât cea
a câmpului din exteriorul probei, favorizând astfel ionizarea la suprafața particulelor. Energia
cinetică a ionilor crește rezultând o descreștere a energiei de activare pentru un salt înainte și
o creștere a înălțimii barierei de energie pentru un salt înapoi. În cele mai multe cazuri, s-a
constat o distribuție mai uniformă a dimensiunii grăunților și o densitate mai mare a probelor
sinterizate în câmp de microunde.
Chandrakanth R. [11] a elaborat compozite hibride de forma Cu-TiC-Gr, prin aliere
mecanică urmată de sinterizarea în câmp de microunde. Acesta a urmărit efectul elementelor
de ranforsare asupra proprietăților compozitelor și posibilitatea aplicării tehnologiei de
sinterizare hibridă cu microunde asupra acestui sistem de materiale datorită dificultăților
întâmpinate la sinterizarea particulelor de TiC cu matricea metalică. Instalația utilizată în
experimentele de sinterizare este prezentată în figura 3.9.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 27
Figura 3.9. Instalația de sinterizare cu microunde [11]
3.3.2. Sinterizarea cu descărcare în plasmă
Sinterizarea cu descărcare în plasmă este o metodă rapidă de sinterizare datorită
generării căldurii necesare tratamentului din interiorul particulelor de pulbere, similar
procedeelor SHS (Self-propagating High-temperature Synthesis) și MWS (Microwave
Sintering).
Schema incintei cuptorului de sinterizare prin SPS este prezentată în figura 3.7.
Figura 3.7. Reprezentarea schematică a incintei cuptorului de sinterizare cu descărcare în
plasmă [63]
În timpul fiecărei descărcări de curent, materialul metalic sub forma unei plasme este
transportat prin propagarea de scântei de-a lungul porilor din matrice (figura 3.8). Atunci când
curentul este întrerupt, matricea trece printr-o fază de răcire bruscă, rezultând condensarea
vaporilor metalici în regiunile unde există contact mecanic între particule. Prin fenomenul de
condensare are loc formarea gâtului între particule, consolidând astfel legăturile (figura 3.8).
Rata transportului de material este îmbunătățită prin aplicarea unei forțe de compactare
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 28
externe, rezultând deformarea plastică a particulelor de pulbere cu joncțiuni aplatizate care
prezintă o rezistență electrică foarte mică.
Figura 3.8. Principiul sinterizării cu descărcare în plasmă [63]
Sinterizarea cu descărcare în plasmă prezintă o serie de avantaje în comparație cu
sinterizarea clasică [63, 84], precum:
- Rate mari de încălzire;
- Timp de sinterizare redus;
- Temperaturi mai mici de sinterizare;
- Rate mari de densificare;
- Compacte cu densități ridicate;
- Suprafața particulelor de pulbere este curățată și activată datorită efectului de
descărcare în plasmă;
- Proprietăți fizice și mecanice excelente;
- Impact redus asupra mediului.
3.4. CONCLUZII
Sinterizarea hibridă în câmp de microunde și sinterizarea cu descărcare în plasmă sunt
variante moderne ale tehnologiilor clasice de sinterizare, care pot fi aplicate cu succes atunci
când se urmărește obținerea unor produse cu porozități reduse, omogenități structurale și
dimensiuni ale grăunților în domeniul nanometric, care asigură proprietăți fizice și mecanice
unice ale materialelor compozite.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 29
CAPITOL 4
CERCETĂRI PRIVIND ELABORAREA ȘI CARACTERIZAREA PULBERILOR
COMPOZITE CU MATRICE DE CUPRU
4.1. APARATURA UTILIZATĂ PENTRU ELABORAREA PULBERILOR
COMPOZITE
Pentru elaborarea materialelor compozite pe bază de cupru s-a recurs mai întâi la
procedeul de aliere mecanică. Pentru omogenizarea amestecurilor s-a utilizat o moară
planetară Pulverisette 7, marca Fritsch.
4.2.2. Compoziția chimică a amestecului de pulberi
Compozitele hibride Cu-TiC-grafit au fost realizate prin procedeele specifice
metalugiei pulberilor. Pulberea de cupru electrolitic având un nivel de puritate de 99,5% a fost
folosită ca material matrice, cu dimensiunea medie a particulei de 8-11µm. Pulberile de TiC și
grafit de puritate 99,5% și respectiv 97,5% au fost utilizate ca elemente de ranforsare.
Dimensiunea medie a particulelor de TiC este de 2µm, iar cea a particulelor de grafit este
cuprinsă în intervalul 20-100 µm.
Analizând rezultatele obținute de Chandrakanth R., Rajkumar K., Futami T. și
Akhtar F. [3, 11, 29, 72], care au realizat noi compozite hibride cu matrice metalică de cupru
și elemente de ranforsare pulberi de TiC și/sau de grafit, compoziția chimică a amestecului de
pulberi propus pentru experimentări este prezentată în tabelul 4.4.
Tabelul 4.4 Compoziția chimică a amestecului de pulberi
Cu
[%]
TiC
[%]
Gr
[%]
90 5 5
4.3. STUDII PRIVIND ELABORAREA PRIN ALIERE MECANICĂ A PULBERILOR
COMPOZITE CU MATRICE DE CUPRU
4.3.1. Stabilirea parametrilor de lucru pentru alierea mecanică
În scopul determinării parametrilor optimi ai procesului de aliere mecanică, au fost
realizate patru seturi de experimente, prin varierea timpului de aliere mecanică, raportului
dintre masa bilelor și cea a pulberii (BPR) și diametrul acestora, parametrii utilizați fiind
prezentați în tabelul 4.5.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 30
Tabelul 4.5. Valorile parametrilor procesului de aliere mecanică pentru cele patru seturi de
experimentări
Parametrii procesului Set 1 Set 2 Set 3 Set 4
Volumul incintei de măcinare 80 ml 80 ml 80 ml 80 ml
Materialul incintei de măcinare Oțel tratat Oțel tratat Oțel tratat Oțel tratat
Diametrul bilelor Φ = 15 mm
Φ = 5 mm
Φ = 15 mm
Φ = 5 mm
Φ = 15 mm
Φ = 5 mm
Φ = 15 mm
Φ = 5 mm
Materialul bilelor Oțel tratat Oțel tratat Oțel tratat Oțel tratat
BPR 1:1 1:1 2:1 2:1
Mediul de măcinare Aer Aer Aer Aer
Temperatura maximă setată 40°C 40°C 40°C 40°C
Timpul de aliere 60 min 120 min 60 min 120 min
Turația 600 rpm 600 rpm 600 rpm 600 rpm
Din figura 4.7 se poate observa influența pe care o are dimensiunea bilelor de
măcinare asupra pulberii. Deși se credea faptul că un diametru mai mare al bilelor este benefic
în procesul de aliere, deoarece se transferă mai multă energie asupra pulberii datorită
densităților mai mari ale bilelor, mai mulți cercetători au demonstrat faptul că alierea nu s-a
produs în cazul utilizării bilelor cu diametre mai mari nici prin creșterea duratei procesului de
aliere mecanică [91].
Figura 4.7. Diferența dintre pulberile obținute în urma alierii mecanice timp de 60 minute în
creuzete cu bile cu diametre diferite [55]
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 31
4.3.2. Caracterizarea pulberilor compozite Cu-TiC-Gr
4.3.2.1. Compoziția chimică a pulberilor compozite obținute în urma procesului de aliere
mecanică
Determinarea compoziției chimice a pulberilor obținute în urma procesului de aliere
mecanică s-a realizat cu ajutorul unui analizor SPECTROMAX din cadrul Institutului de
Cercetare-Dezvoltare al Universității Transilvania.
În urma analizării compoziției chimice a pulberilor rezultate, s-a constat faptul că
parametrii aleși pentru elaborarea materialelor compozite, precum durata procesului de aliere
mecanică, raportul dintre masa bilelor și cea a pulberii și viteza de rotație nu au condus la o
contaminare a amestecului rezultat. Acest aspect poate fi urmărit în figura 4.9 unde este redată
variația conținutului de cupru din pulberile aliate mecanic.
Figura 4.9. Evoluția conținutului de cupru [%] în funcție de modul de elaborare a pulberilor
compozite
4.3.2.2. Determinarea distribuției granulometrice a pulberilor compozite
Pentru determinarea distribuției granulometrice s-a utilizat dispozitivul marca
BROOKHAVEN 90 PLUS. În figura 4.12 este prezentată distribuția granulometrică pe volum
a pulberii elaborată prin alierea mecanică timp de 120 minute, în raport BPR 2:1, în creuzetul
cu bile cu diametre mici.
Figura 4.12. Distribuția pe volum a dimensiunii particulelor amestecului Cu-TiC(5%)-Gr(5%)
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 32
Analizând rezultatele obținute, se poate constata faptul că, în urma procesului de aliere
mecanică, pe lângă omogenizarea pulberilor elementale, a avut loc și un proces de măcinare a
acestora, prin care particulele și-au micșorat dimensiunea, datorită proceselor repetate de
sudare și fracturare. Pulberile elementale de cupru și TiC au avut dimensiunea medie a
particulelor de ordinul a câțiva microni, iar dimensiunea particulelor pulberii de grafit a fost
cuprinsă între 20-100 µm. Cele mai mici dimensiuni ale particulelor pulberii compozite sunt
cele de TiC, deoarece aceasta prezintă duritate mare și se fracturează mai ușor, iar cele mai
mari dimensiuni sunt ale pulberii de grafit.
4.4. CONCLUZII
Analizând rezultatele obținute privind elaborarea pulberilor prin aliere mecanică, se
pot face următoarele observații:
- Procesul de aliere mecanică prezintă un număr mare de parametrii care pot fi variați în
limite largi, în funcție de scopul urmărit;
- Prin utilizarea procedeului de aliere mecanică, se poate controla compoziția chimică a
produsului, cantitatea de fază amorfă formată, precum și dimensiunea finală a
particulelor de pulbere;
- S-a constatat faptul că utilizarea unor bile cu diametre mai mari nu conduce la alierea
pulberilor și nici la formarea fazelor amorfe, chiar și pentru un timp mai îndelungat de
măcinare;
- Pentru un raport BPR mai mare, în cazul bilelor cu diametre mai mari care imprimă
pulberii o cantitate mai mare de energie, s-a observat un proces de sudare a
particulelor de pulbere, acoperind suprafața bilelor și pereții interiori ai incintei;
- Turația de 600 rpm coroborată cu un timp relativ scurt de aliere mecanică, nu au
condus la contaminarea amestecului de pulberi;
- În urma procesului de aliere mecanică, pe lângă omogenizarea pulberilor, s-a produs și
fenomenul de măcinare mecanică prin care particulele și-au micșorat dimensiunea,
ajungând în domeniul submicronic.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 33
CAPITOL 5
CERCETĂRI PRIVIND ELABORAREA CONTACTELOR ELECTRICE DIN
PULBERI COMPOZITE CU MATRICE DE CUPRU
Pentru elaborarea contactelor electrice prin tehnica metalurgiei pulberilor, s-au parcurs
etapele prezentate în figura 5.1.
Figura 5.1. Etapele procesului de realizare a contactelor electrice
5.1. CERCETĂRI PRIVIND COMPACTIZAREA PRIN PRESARE ÎN MATRIȚĂ A
PULBERILOR COMPOZITE CU MATRICE DE CUPRU
Deoarece în literatura de specialitate s-au utilizat presiuni de compactare cuprinse în
intervalul 200 MPa–1GPa [25, 32, 65] și, pentru că în cazul unor materiale conducătoare de
electricitate porozitatea trebuie menținută cât mai redusă sau chiar să lipsească, s-au ales
presiunile de compactare de 500 MPa și 750 MPa, limita superioară fiind impusă de instalația
de compactare.
În urma experimentelor de compactare, s-a constatat faptul că, la extragerea
comprimatului din matriță, pulberile elaborate prin aliere mecanică în raport BPR 2:1, timp de
60, respectiv 120 minute, nu au prezentat stabilitate nici pentru valoarea presiunii de 500
MPa, nici pentru cea de 750 MPa (figura 5.6).
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 34
Figura 5.6. Fracturarea în urma procesului de extragere din matriță a compozitelor compactate
la o valoare a presiunii de: (a) 750 MPa și (b) 500 MPa
Acest comportament poate fi atribuit fenomenului de sudare excesivă ce a avut loc în
timpul procesului de aliere mecanică în creuzetele cu bile cu diametre mari. Datorită energiei
mari pe care acestea au imprimat-o pulberii, s-a produs creșterea temperaturii care a favorizat
creșterea dimensiunii particulelor de pulbere prin fenomenul de sudare. Pentru a prezenta
stabilitatea formei după presare, aceste pulberi necesită o anumită cantitate de rășină fenolică
[26] și/sau o presiune de compactare mai mare. În figura 5.7 sunt redate variațiile valorile
densităților compactelor din pulberi obținute în urma presării în funcție de modul de elaborare
și presiunea de compactare aplicată.
Figura 5.7. Variația densităților compozitelor crude în funcție de presiunea aplicată
S-a constatat faptul că densitatea comprimatelor obținute din aceeași pulbere
compozită crește odată cu creșterea presiunii de compactare, valorile densităților fiind
cuprinse între 5.2 și 7.0 g/cm3, valori similare cu ale altor cercetători precum Pan M.Y. și
Hussain Z. [36, 65].
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 35
5.2. STUDII PRIVIND SINTERIZAREA HIBRIDĂ CU MICROUNDE A
CONTACTELOR ELECTRICE DIN PULBERI COMPOZITE CU MATRICE DE
CUPRU
Sinterizarea compactelor crude s-a realizat într-un cuptor de sinterizare hibridă cu
microunde, prezentat în figura 5.8.
Figura 5.8. Instalație de sinterizare hibridă cu microunde [Universitatea din Craiova]
În urma experimentelor de sinterizare cu microunde s-au constat două aspecte
importante și anume:
- Densificarea nu s-a produs, diametrul și înălțimea compozitelor rămânând
constante;
- Compozitele elaborate prin aliere mecanică în raport BPR 2:1 au prezentat o
exfoliere a straturilor de la suprafața compozitului.
Această exfoliere s-a produs datorită existenței a 3 zone distincte, cu grade diferite de
sinterizare. Partea superioară sinterizată, cu o grosime de la margine spre centru de
aproximativ 0.5 mm, urmată de o zonă slab sinterizată, cu o grosime de 2-3 mm și mijlocul
probei care este nesinterizat (figura 5.14).
Figura 5.14. Compozit Cu-TiC-Gr sinterizat cu microunde la temperatura de 750°C cu timp
de menținere 20 minute [55]
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 36
Porțiunea aceasta exterioară densă și sinterizată corespunde acelei zone unde apare
fenomenul de absorbție directă a microundelor. Intensitatea mare a câmpului electric al unui
aplicator “single-mode”, cuplată cu pierderile mari de căldură în mediul înconjurător, au putut
determina sinterizarea stratului extern al compozitului, iar acest strat conducător nu permite
transmisia microundelor către straturile interioare. Acest aspect poate fi cauzat de ratele mari
de încălzire ale procesului, precum și de grosimea insuficientă a mterialului susceptor.
Figura 5.18. Microscopie SEM și analiza EDAX a zonei centrale a probei, mărire 5000x
Din figuria 5.18 se poate observa faptul că în interiorul probei punțile de sinterizare
sunt în număr redus și diametrul acestora este mic, ceea ce indică faptul că sinterizarea este
abia în etapa inițială, în care proba este supusă unei combinații de încălzire convențională și
încălzire cu microunde. Din analiza EDAX se observă faptul că probele s-au oxidat în timpul
procesului de sinterizare cu toate că fluxul de argon a fost mărit de la 6 l/min la 10 l/min.
5.2.2. Studiul microdurității contactelor electrice sinterizate în câmp de microunde
Studiul microdurității a fost efectuat cu ajutorul unui microdurimetru Future-Tech
Microhardness Tester, FM 700. În figura 5.24 sunt redate variațiile microdurităților probelor
sinterizate la temperatura de 850°C, cu timp de menținere 20 de minute și presiuni de
compactare de 500, respectiv 750 MPa, care au prezentat cele mai bune rezultate.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 37
Figura 5.24. Evoluția valorilor microdurității probelor elaborate utilizând parametrii –
temperatură de sinterizare 850°C, timp de menținere 20 minute, presiune de compactare 500
MPa și 750 MPa
Valorile microdurității sunt mult mai mici în comparație cu cele publicate în literatura
de specialitate, pentru aceeași compoziție a materialului Cu-TiC(5%)-Gr(5%), sinterizat cu
microunde, care prezintă valori de 88.5 HV [72]. Valorile mici ale microdurității reprezintă un
indicator al gradului scăzut de sinterizare atins în toate cele patru seturi de experimente.
5.3. STUDII PRIVIND SINTERIZAREA ÎN PLASMĂ DE SCÂNTEIE (SPS) A
CONTACTELOR ELECTRICE DIN PULBERI COMPOZITE CU MATRICE DE
CUPRU
Sinterizarea cu descărcare în plasmă (Spark Plasma Sintering - SPS) este o tehnologie
modernă de sinterizare prin care pulberile sunt introduse într-o matriță de grafit, presate
uniaxial și apoi încălzite prin efect Joule de la un curent electric pulsat care trece prin pulbere
și/sau matrița de grafit.
În comparație cu sinterizarea convențională, în cadrul sinterizării cu descărcare în
plasmă se pot obține compacte cu densități ridicate, suprafața particulelor de pulbere este
curățată și activată datorită efectului de descărcare în plasmă, determinând obținerea unor
compozite cu proprietăți fizice și mecanice îmbunătățite [84].
Sinterizarea cu descărcare în plasmă s-a realizat în instalația prezentată în figura 5.25.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 38
Figura 5.25. Cuptorul de sinterizare cu descărcare în plasmă [Institutul de Cercetare-
Dezvoltare pentru Fizică Tehnică – IFT Iași]
În cadrul prezentei cercetări, presiunea de compactare a avut inițial o valoare scăzută,
de 10 MPa și apoi o valoare mai mare, de 51 MPa, aceasta reprezentând limita superioară a
instalației de sinterizare. Aceste două valori au fost alese astfel încât să se poată determina
influența porozității compozitelor obținute asupra proprietăților mecanice, termice și electrice.
S-au obținut 2 seturi a câte 9 probe, prima din fiecare set reprezentând proba martor –
cupru electrolitic obținut prin sinterizarea în plasmă de scânteie în aceleași condiții ca și cele
din materialul elaborat în cadrul prezentei teze de doctorat (figura 5.27). Scopul probelor
martor este acela de a compara proprietățile noului material propus cu „clasicul” conductor de
cupru.
Figura 5.27. Probele obținute în urma procesului de sinterizare cu descărcare în plasmă la
valoarea presiunii de compactare de 10 MPa
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 39
5.4. CONCLUZII
Cercetările efectuate asupra elaborării contactelor electrice din pulberi compozite cu
matrice de cupru prin sinterizare hibridă în câmp de microunde și sinterizare cu descărcare în
plasmă, au condus la următoarele concluzii:
- În cazul unor materiale compozite cu dimensiunea particulelor în domeniul
submicronic, presiunile de compactare aplicate au avut valori suficient de mari
pentru ca, după evacuarea din matriță, compactele crude să prezinte stabilitatea
formei;
- În cazul materialelor cu dimensiuni mai mari ale particulelor (aparținând
domeniului micronic) este nevoie de adăugarea unei cantități de rășină fenolică în
procesul de aliere și/sau o presiune mai mare de compactare;
- În urma procesului de sinterizare hibridă în câmp de microunde, s-a constatat
faptul că încălzirea materialului nu s-a produs din interior, așa cum era de așteptat
în cazul radiației electromagnetice a microundelor, sinterizarea compozitului
realizându-se gradual de la exterior spre interior, conform procesului de sinterizare
convențională;
- Acest aspect poate fi explicat prin existența unei zone la suprafața materialului
care absoarbe direct radiația microundelor formând un strat subțire sinterizat care
reflectă ulterior microundele și limitează adâncimea de pătrundere a acestora în
material;
- Valorile mici ale durității obținute în comparație cu cele raportate în literatura de
specialitate pentru acest sistem de materiale sinterizat cu microunde, indică un
grad scăzut de sinterizare;
- În cazul sinterizării cu descărcare în plasmă, parametrii utilizați au condus la
realizarea unor compozite care își păstrează forma, indiferent de dimensiunea
particulelor de pulbere din materialul elaborat prin aliere mecanică.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 40
CAPITOL 6
STUDII ASUPRA PROPRIETĂȚILOR ȘI MICROSTRUCTURII
CONTACTELOR ELECTRICE DIN PULBERI COMPOZITE
6.1. ANALIZA MICROSTRUCTURII CONTACTELOR ELECTRICE DIN PULBERI
COMPOZITE
6.1.2. ANALIZA METALOGRAFICĂ PRIN MICROSCOPIE OPTICĂ
a b
Figura 6.3. Microscopii optice, mărire 1000x, ale probelor de cupru electrolitic, sinterizate la
850°C, cu timp de menținere de 10 minute și presiune de compactare (a) 51 MPa și (b) 10
MPa
a b
Figura 6.4. Microscopii optice, mărire 1000x, ale probelor Cu-TiC-grafit (AM 1h, BPR 1:1,
Φb=5 mm), sinterizate la 850°C, cu timp de menținere de 10 minute și presiune de compactare
(a) 51 MPa și (b) 10 MPa
În figurile 6.3a și 6.4a se observă o structură mai compactă, cu densitate ridicată și
porozitate scăzută în comparație cu Creșterea densității, respectiv diminuarea porozității pot
fi atribuite rearanjării particulelor de pulbere în spațiile libere odată cu aplicarea unei presiuni
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 41
de compactare mai mari, îmbunătățind astfel contactul dintre particulele de pulbere, așa cum
au observat și cercetători precum Schaffer și DeGarmo [81, 17].
Se poate observa o distribuție uniformă a particulelor de TiC și grafit în matricea de
cupru. Repartizarea omogenă a elementelor de ranforsare asigură proprietăți mecanice
izotrope și o distribuție uniformă a efortului în timpul funcționării.
6.1.3. ANALIZA METALOGRAFICĂ PRIN MICROSCOPIE ELECTRONICĂ –
SEM, ANALIZA EDAX ȘI XRD
În figura 6.13 este redată microscopia SEM a probei de cupru electrolitic, iar în figura
6.16 este prezentată microscopia pulberii compozite Cu-TiC-Gr sinterizate la 850°C, timp de
menținere 10 minute și presiune de compactare 51 MPa.
Figura 6.13. Microstructura și analiza EDAX pentru proba de cupru electrolitic, mărire 5000x
Figura 6.16. Microstructura și analiza EDAX pentru proba Cu-TiC-grafit (AM 2h, BPR 1:1,
Φb=5 mm), mărire 5000x
Din analiza microscopiilor electronice se poate observa faptul că particulele de TiC și
grafit sunt înconjurate de matricea de cupru. De asemenea, se poate observa lipsa fisurilor,
acest aspect confirmă avantajele unei încălziri a materialului prin efect Joule.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 42
Din punct de vedere structural, se poate afirma faptul că alierea mecanică permite
obținerea unor structuri foarte fine ale materialelor sinterizate, distribuție omogenă și
repartiție uniformă a fazelor.
În figura 6.32 este prezentată analiza XRD ale probelor sinterizate prin SPS, la
temperatura de 850°C, timp de menținere 10 minute și presiunea aplicată de 51 MPa.
Figura 6.32. Difractograma probei sinterizate prin SPS la temperatura de 850°C, timp de
menținere 10 minute, presiune de compactare 51 MPa
Figura 6.32 redă profilul tipic al compozitelor hibride Cu-TiC-Gr, unde se observă
vârfuri clare și bine conturate de Cu, Ti și C. Lipsa oxigenului confirmă faptul că nu s-au
format oxizi în timpul procesului de sinterizare cu descărcare în plasmă. Încălzirea rapidă și
timpul scurt de menținere reduc posibilitatea producerii reacțiilor particulelor de pulbere cu
oxigenul.
6.2. STUDII ASUPRA PROPRIETĂȚILOR MECANICE ALE CONTACTELOR
ELECTRICE
6.2.1. MICRODURITATEA
Studiul microdurității a fost efectuat cu ajutorul unui microdurimetru Future-Tech
Microhardness Tester, FM 700. S-au realizat seturi de câte 5 indentări pentru fiecare probă,
variația microdurităților fiind prezentată în figura 6.4.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 43
Figura 6.4. Reprezentare comparativă grafică a valorilor microdurităților
În urma analizei microdurității se poate afirma faptul că elementele de ranforsare
introduse în matricea de cupru, mai precis pulberea de TiC, prezintă o influență pozitivă
asupra microdurității, determinând creșterea valorii acesteia cu până la 30 de unități în
comparație cu cea a cuprului nearmat.
6.2.2. COMPORTAMENTUL LA FRECARE ȘI UZARE
Necesitatea cercetărilor privind comportarea tribologică a compozitelor Cu-TiC-Gr
elaborate în cadrul lucrării de doctorat se impun datorită faptului că, în funcționare,
materialele contactelor electrice sunt supuse unor procese interne de uzare prin frecare.
Studierea comportamentului la frecare și uzare s-a realizat cu ajutorul unui tribometru de la
CSM Instruments, respectiv cu ajutorul unui profilometru Surtronic. În figurile 6.39 și 6.40
sunt prezentate variațiile coeficientului de frecare, respectiv a ratei de uzare a probelor
compactate la 51 MPa și sinterizate la 850°C, cu timp de menținere de 10 minute.
Figura 6.39. Evoluția coeficientului de frecare pentru probele elaborate utilizând parametrii –
presiune de compactare 51 MPa, temperatură de sinterizare 850°C, timp de menținere 10
minute
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 44
Figura 6.40. Evoluția ratei de uzare pentru probele elaborate utilizând parametrii – presiune de
compactare 51 MPa, temperatură de sinterizare 850°C, timp de menținere 10 minute
În urma analizării comportamentului la frecare și uzare a compozitelor Cu-TiC-Gr, se
poate afirma faptul că adiția de grafit în matricea de cupru, ca element de ranforsare,
determină o reducere semnificativă a coeficientului de frecare, respectiv a ratei de uzare în
comparație cu probele de cupru nearmat, datorită efectului său de autolubrifiere.
6.3. STUDII ASUPRA PROPRIETĂȚILOR ELECTRICE ALE CONTACTELOR
ELECTRICE
Probele obținute în urma procesului de sinterizare prin SPS au fost supuse testelor
pentru determinarea rezistenței electrice, rezistivității și respectiv a conductibilității electrice.
Principiul de măsurare utilizat a fost metoda celor 4 puncte.
Rezistivitatea epruvetelor de forma unor discuri sau filme subțiri se calculează cu
următoarea formulă [106]:
(6.3)
unde t – reprezintă înălțimea epruvetei în cm;
Rs – reprezintă valoarea rezistenței dată de aparatul de măsură.
În figurile 6.46 și 6.47 sunt redate variațiile rezistivității, respectiv a conductibilității
electrice a probelor compactate la 51 MPa și sinterizate la 850°C cu timp de menținere de 10
minute.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 45
Figura 6.46. Variația rezistivității contactelor electrice elaborate utilizând parametrii -
presiune de compactare 51 MPa, temperatura de sinterizare 850°C, timp de menținere 10
minute
Figura 6.47. Variația conductibilității contactelor electrice elaborate utilizând parametrii -
presiune de compactare 51 MPa, temperatura de sinterizare 850°C, timp de menținere 10
minute
În urma analizei proprietăților electrice ale materialelor compozite elaborate se poate
observa faptul că elementele de ranforsare influențează rezistivitatea și, implicit,
conductibilitatea electrică a materialelor.
Conductibilitatea electrică a scăzut odată cu adiția de TiC și grafit în matricea de
cupru, însă valorile obținute pentru materialul elaborat și testat indică faptul că acesta prezintă
proprietăți electrice bune și se încadrează în categoria materialelor conducătoare de
electricitate.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 46
6.4. STUDII ASUPRA COMPORTĂRII TERMICE A CONTACTELOR
ELABORATE
6.4.1. ANALIZA CALORIMETRICĂ DIFERENȚIALĂ DINAMICĂ (DSC)
Pentru a determina comportarea termică a contactelor electrice s-a utilizat metoda
calorimetriei diferențiale dinamice (DSC – Differential Scanning Calorimetry). Aceasta este o
tehnică termoanalitică în care diferența cantității de căldură necesară pentru a menține
temperatura unei probe de studiat la aceeași valoare cu a unei probe de referință este măsurată
în funcție de temperatură.
În figurile 6.51 și 6.52 sunt redate curbele DSC ale probelor de cupru electrolitic,
respectiv a probelor Cu-TiC-Gr, sinterizate prin SPS.
a b
Figura 6.51. Analiza DSC pentru proba martor de cupru sinterizată la 850°C, cu timp de
menținere de 10 minute și presiune de compactare (a) 51 MPa și (b) 10 MPa
a b
Figura 6.52. Analiza DSC pentru Cu-TiC-grafit (AM 1h, BPR 1:1, Φb=5 mm) sinterizată la
850°C, cu timp de menținere de 10 minute și presiune de compactare (a) 51 MPa și (b) 10
MPa
Pentru a determina fazele secundare care apar în timpul răcirii materialului studiat, s-a
trecut la analiza elementelor însoțitoare prezente în compoziția chimică [104]. Precipitările în
stare solidă se pot realiza sub forma unor compuși chimici sau metale pure. În urma analizei,
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 47
s-a constatat faptul că Sn și Si sunt elementele care pot produce discontinuități pe curba de
răcire, deoarece se găsesc în concentrații mai mari în compoziția chimică.
6.4.2. ANALIZA DILATĂRII TERMICE
Analiza dilatării termice s-a realizat cu ajutorul unui dilatometru L75 PT 1400.
Analiza s-a realizat până la temperatura de 150°C ca și în cazul analizei DSC, cu o viteză de
încălzire de 20°C/min și răcire lentă, iar graficul obținut este prezentat în figura 6.62.
Figura 6.62. Reprezentarea grafică a coeficientului de dilatare termică α
În urma analizării rezultatelor, s-a constatat faptul că toate probele elaborate în cadrul
tezei de doctorat prezintă o dilatare liniară în intervalul de temperaturi studiat. Coeficientul de
dilatare termică α are valori cuprinse între 13.5*10-6
/K și 16.3*10-6
/K, acestea fiind mai mici
decât cele existente în literatura de specialitate pentru cupru și anume 16.8*10-6
/K. Date
similare a obținut și Abbaszadeh H. [1] pentru micro și nanocompozitede forma W-
15wt%Cu.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 48
CAPITOL 7
CONCLUZII FINALE. CONTRIBUȚII ORIGINALE. DIRECȚII VIITOARE DE
CERCETARE
7.1. CONCLUZII FINALE
Cercetările întreprinse în cadrul prezentei lucrări au fost orientate spre realizarea unor
noi materiale compozite, care să prezinte un preț relativ scăzut în comparație cu alte materiale
compozite care au aceeași aplicabilitate. Totodată s-a urmărit o îmbunătățire a proprietăților
materialului prin utilizarea unor tehnologii moderne și performante de elaborare.
Astfel a fost realizat un studiu amănunțit al literaturii de specialitate cu privire la
materialele clasice și cele speciale din domeniul contactelor electrice. Marea majoritate a
acestor materiale au la bază compoziții chimice cu conținut ridicat de argint, wolfram sau
nichel. În aceste condiții, prețul acestora, coroborat cu cheltuielile de elaborare, este foarte
mare.
Pentru realizarea unui nou material s-a procedat la:
- Alegerea materialului matricei, care trebuie să prezinte conductibilități electrice și
termice foarte bune;
- Alegerea materialelor de ranforsare, care trebuie să prezinte duritate mare, punct de
topire înalt, rezistență bună la uzare și eroziune, dar să nu influențeze negativ
proprietățile electrice ale materialului matrice;
- Alegerea unor tehnologii moderne de elaborare, care să fie eficiente, performante,
nepoluante și să prezinte reproductibilitate mare;
- Stabilirea rețetei materialului și parametrii optimi ai tehnologiei de elaborare;
- Realizarea contactelor electrice prin procedeele specifice metalurgiei pulberilor.
S-a optat pentru utilizarea tehnologiei de aliere mecanică deoarece, prin acest
procedeu, se pot obține materiale cu proprietăți noi, îmbunătățite, prin controlarea compoziției
chimice, a cantității de fază amorfă formată, precum și prin stabilirea dimensiunii finale a
particulelor pulberii. În urma omogenizării pulberilor utilizând procedeul de aliere mecanică,
s-au constatat următoarele aspecte generale:
- Utilizarea unor bile cu diametre mai mari în creuzetele de măcinare nu conduce la
alierea mecanică a pulberilor și nici la formarea fazelor amorfe, chiar și pentru un timp
mai îndelungat de aliere;
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 49
- Pentru un raport BPR mai mare, în cazul bilelor cu diametre mai mari care imprimă
pulberii o cantitate mai mare de energie, s-a observat un proces de sudare a
particulelor de pulbere, acoperind suprafața bilelor și pereții interiori ai incintei;
- Turația de 600 rpm coroborată cu un timp relativ scurt de aliere mecanică, nu au
condus la contaminarea amestecului de pulberi;
- În urma procesului de aliere mecanică, pe lângă omogenizarea pulberilor, s-a produs și
fenomenul de măcinare mecanică prin care particulele și-au micșorat dimensiunea,
ajungând în domeniul submicronic.
Pentru realizarea contactelor electrice s-a recurs la utilizarea unor tehnologii noi de
sinterizare și anume sinterizarea hibridă în cîmp de microunde și sinterizarea cu descărcare în
plasmă. Aceste tehnologii prezintă o serie de avantaje în comparație cu metoda clasică de
sinterizare, printre care: rate mari de încălzire, temperaturi de sinterizare mai scăzute și timp
de mențienere mai scurt, procese de difuzie îmbunătățite prin mecanismele de încălzire
specifice fiecărei metode în parte, produse cu microstructuri mai fine și porozități mai scăzute
și proprietăți fizice și mecanice superioare produselor elaborate convențional.
Experimentele de sinterizare hibridă în câmp de microunde au fost realizate la
temperaturi de 750°C și 850°C, cu timp de menținere 10, respectiv 20 de minute. În urma
acestor experimente s-a constat faptul că densificarea compactelor nu s-a produs, densitatea
sinterizată fiind egală cu cea a compactelor crude. De asemenea, s-a constatat oxidarea
suprefeței probelor cu toate că fluxul de argon a fost variat între 6 și 10 l/min, precum și o
exfoliere a straturilor superioare în cazul compozitelor elaborate utilizând un BPR de 2:1 în
creuzetele cu bile cu Φb=15 mm.
În urma analizei microscopice s-a constatat existența unor zone cu grade diferite de
sinterizare de la exterior spre interior, indicând faptul că încălzirea cu microunde nu s-a
produs volumetric. Procesul de sinterizare hibridă cu microunde s-a asemănat cu cel de
sinterizare clasică, acest aspect putând fi cauzat de materialul susceptor utilizat, care nu a
prezentat probabil o grosime suficientă astfel încât să absoarbă puterea radiației microundelor
și o transfere materialului. Datorită sinterizării stratului superficial de la suprafața probelor,
acesta reflectă undele incindente pe material indiferent de durata timpului de menținere
izotermă, reprezentând adâncimea maximă de pătrundere în material. Rezultatele testelor de
microduritate realizate de la suprafața probei spre straturile interioare ale acesteia, confirmă
nivelele diferite de sinterizare, prin valori tot mai scăzute ale microdurității cu adâncimea de
pătrundere în material.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 50
În cazul sinterizării cu descărcare în plasmă, temperatura de sinterizare a fost de
850°C, timpul de menținere izotermă de 10 minute, iar presiunea de compactare a fost variată
de la 51 MPa la 10 MPa pentru a determina influența porozității compozitelor asupra
proprietăților acestora. În urma analizelor efectuate s-a constatat o creștere a durității
compozitelor coroborată cu o scădere semnificativă a coeficientului de frecare și a ratei de
uzare, proprietăți necesare în aplicații de contacte electrice glisante. Compozitele elaborate
utilizând presiuni de compactare de 51 MPa au prezentat conductibilități electrice bune și o
dilatare termică liniară în intervalul de temperaturi 5–150°C. Analiza microscopică
evidențiază o distribuție omogenă și uniformă a elementelor de ranforsare în matricea
metalică de cupru și un contact bun la interfața dintre particulele ceramice și cele metalice.
Cele mai bune valori în urma testelor au fost obținute pentru materialul compozit
realizat prin aliere mecanică timp de 60 minute, în raport BPR 1:1, în creuzetele cu bile cu
Φb=5 mm, sinterizate cu descărcare în plasmă la temperatura de 850°C cu timp de menținere
10 minute și presiune de compactare 51 MPa.
7.2. CONTRIBUȚII ORIGINALE
Studiul literaturii de specialitate privind cercetările și realizările în domeniu:
- Evaluarea materialelor compozite, selectarea celor mai utilizate materiale pentru
aplicații de contacte electrice și studierea caracteristicilor mecanice, electrice și
termice ale acestora;
- Analiza procedeelor de elaborare a materialelor compozite;
- Evaluarea tehnologiilor moderne de sinterizare în comparație cu procedeele clasice,
urmărind posibilitatea eliminării aspectelor negative ale acestora;
- Alegerea compoziției chimice cu scopul îmbunătățirii proprietăților mecanice ale
compozitelor, fără a afecta negativ proprietățile electrice și termice;
- Stabilirea unor tehnologii eficiente și nepoluante pe principiile dezvoltării durabile și
a protecției mediului.
Realizarea unui nou material compozit pentru aplicații de contacte electrice glisante a
inclus:
- Utilizarea unei mori planetare Fritsch Pulverisette 7 Premium Line pentru alierea
mecanică a pulberilor dozate în prealabil conform rețeșei propuse;
- Analiza influenței celor mai importanți parametri ai procesului de aliere mecanică
(timpul de aliere, raportul dintre masa bilelor și cea a pulberii și diametrul bilelor din
creuzetele de măcinare) asupra amestecului pulverulent compozit;
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 51
- Utilizarea unor metode noi de sinterizare prin care se poate realiza o economisire
semnificativă de timp și energie, iar impactul asupra mediului înconjurător este redus;
- Caracterizarea microstructurală și determinarea proprietăților mecanice, electrice și
termice ale contactelor electrice elaborate;
- Identificarea materialului cu caracteristici electrice și tribologice optime și, pe baza
acestuia, stabilirea procedeului optim de elaborare.
Pe parcursul desfășurării cercetărilor, pe baza rezultatelor obținute, a fost publicat un
număr de 8 lucrări științifice în reviste de specialitate, precum și 2 participări la sesiuni de
comunicări de interes național și internațional.
7.3. DIRECȚII VIITOARE DE CERCETARE
În cadrul lucrărilor de cercetare au fost puse în evidență calitățile noului material
elaborat. Până în prezent, cercetările au fost efectuate pe epruvete, o aplicație concretă a
acestora a fost stabilită numai în plan teoretic. Urmează ca, în viitor, aceste materiale să fie
testate în aplicații industriale, atât în domeniul contactelor electrice cât și în cel al electrozilor
pentru sudarea în puncte.
Deoarece în prezent se pune accentul pe materiale nanocompozite, ale căror proprietăți
sunt îmbunătățite semnificativ datorită dimensiunilor mici ale particulelor, se va cerceta
posibilitatea aplicării tehnologiei care a prezentat cele mai bune rezultate în cadrul prezentei
teze de doctorat și la materialele din domeniul nanometric.
Ideea principală rămâne aceea a utilizării unor tehnologii de sinterizare eficiente și
nepoluante, însă se va experimenta posibilitatea utilizării unor energii regenerabile în cadrul
procesului.
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 52
BIBLIOGRAFIE SELECTIVĂ
1. Abbaszadeh, H., et al, Investigation on the characteristics of micro- and nano-
structured W-15wt%Cu composites prepared by powder metallurgy route,
International Journal of Refractory Metals and Hard Materials, 2012, pg. 145-151;
3. Akhtar, F., et al, Microstructure, mechanical properties, electrical conductivity and
wear behavior of high volume TiC reinforced Cu-matrix composites, Materials
Characterization, 2009, pg. 327-336;
4. Ankelekar, R.M., Agrawal, D., Roy, R., Microwave sintering and mechanical
properties of PM copper steel, Powder Metallurgy, 2001, pg. 355-362;
10. Bryant, M.D., Tribology issues in electrical contacts, University of Texas;
11. Chandrakanth, R.G., Rajkumar, K., Aravindan, S., Fabrication of copper-TiC-graphite
hybrid metal matrix composites through microwave processing, International Journal
of Advanced Manufacturing Technology, 2010, pg. 645-653;
13. Cho, K.H., et al., Tribological properties and electrical signal transmission of copper-
graphite composites, Tribological Letter, 2007, pg. 301-306;
15. da Costa, F.A., da Silva, A.G.P., Gomes, U.U., The influence of the dispersion
technique on the characteristics of the W-Cu powders and on the sintering behavior,
Powder Technology, 2003, pg. 123-132;
17. DeGarmo, E.P., et al, Materials and processes in manufacturing, 9th edition, USA,
2003, pg. 347-351;
25. Fan, Y., et al, Evaluation of the microwave absorption property of flake graphite,
Materials Chemistry and Physics, 2009, pg. 696-698;
26. Fecht, H.J., Nanostructure Formation and Properties of Metals and Composites
Processed Mechanically in the Solid State, Scripta Materialia, 2001, pg. 1719-1723;
29. Futami, T., et al, Indentation contact behavior of copper-graphite particulate
composites: Correlation between the contact parameters and the electrical resistivity,
Carbon, 2008, pg. 671-678;
32. Gűler, O., Evin, E., The investigation of contact performance of oxide reinforced
copper composite via mechanical alloying, Journal of Materials Processing
Technology, 2009, pg. 1286-1290;
34. Hadăr, A., Probleme locale la materialele compozite, Teză de doctorat, Universitatea
Politehnică București, 1997;
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 53
36. Hussain, Z., Chee Kit, L., Properties and spot welding behavior of copper-alumina
composites through ball milling and mechanical alloying, Materials and Design, 2008,
pg. 1311-1315;
43. Li, L.J., et al, Microstructure and mechanical properties of in situ produced TiC/C
nanocomposite by spark plasma sintering, Scripta Materialia, 2005, pg. 867-871;
55. Moraru, C.G., Pop, M.A., Bedo, T., Problems encountered with microwave sintering
of Cu-TiC-graphite hybrid composites, Metalurgia, nr.7, 2013, ISSN 0461-9579;
56. Moraru, C.G., Pop, M.A., Bedo, T., Șerban, C.E., Spark plasma sintering of novel
copper based metal matrix composites, Metalurgia, nr.6, 2013, ISSN 0461-9579, pg.
38-43;
57. Moraru, C.G., Popescu, R.M., Moșneag, M.G., Porous filter elements based on copper
obtained by powder metallurgy, Metalurgia, nr.3, 2011, pg. ISSN 0461-9579, pg. 42-
45;
58. Moraru, C.G., Roman, I.B., Șerban, C.E., Microwave sintering of metal-ceramic
hybrid composites, Advanced Materials and Technologies, Galați University Press,
2011, ISSN 1843-5807, pg. 191-198;
59. Moraru, C.G., Șerban, C.E., Popescu, R.M., Mechanical alloying of nanostructured
tungsten-copper composites, Metalurgia, nr.2, 2012, ISSN 0461-9579, pg. 38-42;
60. Moraru, C.G., Șerban, C.E., Popescu, R.M., Modeling of milling kinetics in a
planetary ball mill, Metalurgia International, nr.5, 2013, ISSN 1582-2214, pg. 107-110;
61. Moraru, C.G., Șerban, C.E., The influence of some parameters of the mechanical
alloying process on composite materials, Metallurgy and New Materials Research, nr.1,
2013, ISSN 1221-5503, pg. 15-22;
63. O’Brien, R.C., et al, Spark Plasma Sintering of simulated radioisotope materials within
tungsten cermets, Journal of Nuclear Materials, 2009, pg. 108-113;
64. Oghbaei, M., Mirzaee, O., Microwave versus conventional sintering: A review of
fundamentals, advantages and applications, Journal of Alloys and Compounds, 2010,
pg. 175-189;
65. Pan, M.Y., et al, Development of bulk nanostructured copper with superior hardness
for use as an interconnect material in electronic packaging, Microelectronics
Reliability, 2006, pg. 763-767;
68. Raghu, T., et al, Synthesis of nanocrystalline copper-tungsten alloy by mechanical
alloying, Materials Science and Engineering, 2001, pg. 438-441;
Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje sinterizate pe bază de cupru
utilizate în electronică și electrotehnică
Rezumat 54
70. Rajkumar, K., Aravindan, S., Microwave sintering of copper-graphite composites,
Journal of Materials Processing Technology, 2009, pg. 5601-5605;
72. Rajkumar, K., Aravindan, S., Tribological performance of microwave sintered copper-
TiC-graphite hybrid composites, Tribology International, 2011, pg. 347-358;
80. Roy, R., et al, Full sintering of powdered-metal bodies in a microwave field, Nature,
1999, pg. 668-670;
81. Schaffer, J.P., et al, The science and design of engineering materials, 2nd
edition, USA,
2003, pg. 689-691;
84. Sima, G., Materiale Tribologice Sinterizate, Ed. Universitaria Craiova, 2007, ISBN
987-973-742-723-6;
85. Suryanarayana, C., Mechanical Alloying and Milling, 2002, pg. 84-87;
88. Thostenson, E.T., Chou, T.W., Microwave processing: fundamentals and applications,
Composites, 1999, pg. 1055-1071;
91. Watanabe, R., Hashimoto, H., Park, Y.H., Advances in Powder Metallurgy, 1991, pg.
119-130;
97. Zhan, Y., Zhang, G., Friction and wear behavior of copper matrix composites
reinforced with SiC and graphite particles, Tribology Letters, 2004, pg. 91-98;
106. ***http://four-point-probes.com/universal-probe/;
REZUMAT
Teza de doctorat intitulată „Studii, cercetări și contribuții privind elaborarea unor aliaje
sinterizate pe bază de cupru utilizate în electronică și electrotehnică” aparține domeniului
Ingineriei Materialelor și are caracter multidisciplinar. Lucrarea urmărește elaborarea unor noi
materiale compozite, cu proprietăți îmbunătățite, realizate prin două tehnologii moderne de
sinterizare, cu aplicații în domeniul electric și în domeniul electrozilor de sudare.
ABSTRACT
The PhD Thesis entitled “Study, research and contributions regarding the development of
some copper based sintered alloys used in the electronics and electrotechnics industry” belongs
to the domain of Materials Engineering and it has a multidisciplinary character. This paper aims
to develop some new composite materials with improved properties, using two modern sintering
technologies, with applications in the electric field and welding electrodes field.
Curriculum vitae Europass
Informaţii personale
Nume / Prenume EȘANU Corina Gabriela Adresă(e) Bd. Muncii, nr.1, bl.2, sc.B, ap.17, Brașov, 500281
Telefon(oane) 0368 458 933 Mobil: 0727 855 259 E-mail(uri) corina.esanu@yahoo.com; corina.moraru@unitbv.ro
Naţionalitate(-tăţi) Română
Data naşterii 14.12.1983
Sex Feminin
Experienţa profesională
Perioada Octombrie 2010 – Octombrie 2013 Funcţia sau postul ocupat Student doctorand
Activităţi şi responsabilităţi principale
Cercetări privind elaborarea unor materiale noi și îmbunătățite pentru domeniul contactelor electrice și a electrozilor de sudare
Numele şi adresa angajatorului
Universitatea Transilvania din Brașov
Tipul activităţii sau sectorul de activitate
Cercetare
Perioada Iulie – Septembrie 2012 Funcția sau postul ocupat Tehnician în controlul și calitatea producției
Activități și responsabilități principale
Stagiu de practică
Numele și adresa angajatorului
SC PREH ROMÂNIA SRL, Parcul Industrial Ghimbav
Tipul activității sau sectorul de activitate
Industria automotivă
Educaţie şi formare
Perioada Octombrie 2003 – Iulie 2008
Calificarea / diploma obţinută Inginer Numele şi tipul instituţiei de învăţământ / furnizorului de
formare
Facultatea de Inginerie Electrică și Știința Calculatoarelor
Aptitudini şi competenţe
personale
Limba(i) maternă(e) Română
Limba(i) străină(e)
cunoscută(e)
Autoevaluare Înţelegere Vorbire Scriere Nivel european (*) Ascultare Citire Participare la
conversaţie Discurs oral Exprimare
scrisă Engleză C
1 Avansat C1 Avansat C
1 Avansat C1 Avansat C
1 Avansat
Competenţe şi aptitudini de utilizare a calculatorului
Microsoft Office, Programator C++
Permis(e) de conducere Categoria B
Europass Curriculum Vitae
Personal information
First name(s) / Surname(s) EȘANU Corina Gabriela Address(es) Bd.Muncii, no.1, bl.2, sc.B, ap.17, Brașov, 500281
Telephone(s) 0368/458933 Mobile: +40 727855259 E-mail corina.esanu@yahoo.com; corina.moraru@unitbv.ro
Nationality Romanian
Date of birth 14.12.1983
Gender Female
Work experience
Dates October 2010 – October 2013
Occupation or position held PhD Student Main activities and
responsibilities Research for developing new and improved materials in the field of electrical contacts and welding electrodes
Name and address of employer
Transilvania University of Brașov
Type of business or sector Research Dates July – September 2012
Occupation or position held Production control and quality control technician Main activities and
responsibilities Internship in the production and quality control field
Name and address of employer
SC PREH ROMANIA SRL, Ghimbav Industrial Park
Type of business sector Automotive industry
Education and training
Dates October 2003 – July 2008 Title of qualification awarded Engineer
Name and type of organisation providing education and training
Electrical Engineering and Computer Science Faculty
Personal skills and
competences
Mother tongue(s) Romanian
Other language(s)
Self-assessment Understanding Speaking Writing European level (*) Listening Reading Spoken
interaction Spoken
production
English C1 Advanced C
1 Advanced C1 Advanced C
1 Advanced C1 Advanced
(*) Common European Framework of Reference for Languages
Computer skills and competences
Microsoft Office, C++ programmer
Driving licence B Category