石墨烯增强铜基复合材料研究进展

石墨烯是一种新兴的二维碳纳米材料,具有良好的力学、导电以及润滑性能,是铜基复合材料中最具潜力的增强体.本文综述了石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺,详细分析并归纳了石墨烯增强铜基复合材料的界面结构对于复合材料力学性能的影响及增强机制,总结了石墨烯增强铜基复合材料摩擦学行为研究的最新进展,并深入阐述了石墨烯增强铜基复合材料的润滑耐磨机制,最后,展望了石墨烯增强铜基复合材料的发展前景.     

新型碳纳米材料增强铜基复合材料的研究进展

新型碳纳米材料(如碳纳米管和石墨烯等)由于具有独特的结构和优异的性能,已成为国内外学者研究的热点。将这些碳纳米材料用于铜基复合材料的增强,可望得到性能优良的高强度高导电的铜基复合材料。综述了近几年来有关碳纳米材料增强铜基复合材料的最新研究进展,并总结了常用的碳纳米材料的表面处理技术及复合材料的成型技术等。     

石墨烯增强铜基复合材料的研究进展

石墨烯具有超高的比表面积和优异的力学性能, 是铜基复合材料理想的增强体。传统的粉末冶金工艺很难解决石墨烯在铜基体中的分散问题, 以及石墨烯与铜基体结合性差的难题。随着近些年研究者对石墨烯-铜界面问题深入的探索, 一些新的制备工艺不断出现。本文系统地介绍和对比了近几年石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺, 概述了关于石墨烯/铜复合材料力学性能的研究进展, 总结了石墨烯增强铜基复合材料力学性能的机理, 并对未来石墨烯增强铜基复合材料的研究重点进行了展望。     

颗粒增强铜基复合材料研究进展

颗粒增强铜基复合材料在基本保持金属铜优良导电和导热性能的基础上大大提高了铜基复合材料的强度和耐磨性,是一种具有良好发展前景的复合材料.回顾了近年来颗粒增强铜基复合材料的增强相和制备方法的发展,并指出了今后研究发展的方向.     

高效热管理用金属基复合材料研究进展

从高导热复合构型、高导热复合界面及新型高导热纳米碳增强体3个方面,综述了热管理用铜基和铝基功能复合材料的研究进展,并对高导热金属基复合材料的未来发展方向进行了预测与展望.在材料组分相同的情况下,基于金属基体与导热增强体之间复合构型和复合界面的差异,制备的金属基复合材料的导热与热膨胀性能会发生显著变化.此外,由于纳米增强体与基体在形貌、尺寸及表面化学性质等方面的不相容性,在新型高导热金属基纳米复合材料的研发过程中,更需要兼顾高导热复合构型与复合界面的优化设计.可以预言,采用碳纳米管、石墨烯纳米片等新型纳米碳增强体,设计与制备具有微/纳米跨尺度分级复合构型的金属基复合材料将成为未来的研究热点.     

铜基石墨复合材料的研究进展

铜基石墨复合材料是一种广泛应用于摩擦材料和电接触材料等领域的金属基复合材料.综述了铜基石墨复合材料在改善铜基体与石墨增强体结合方面的研究进展,主要包括基体合金化、石墨的表面处理、添加粘结剂等,重点介绍了铜基石墨复合材料的制备工艺方法,并概述了其导电导热性能、摩擦磨损性能、工艺性能及应用,最后展望了铜基石墨复合材料的研究重点和发展方向,认为取代现有的易切削铅黄铜合金将成为铜基石墨复合材料今后研究和应用的一个亮点.     

La元素对ATO/Cu电接触材料润湿性及组织性能的影响

颗粒增强铜基复合材料由于其低成本、良好的导电性、导热性和力学性能而成为最有希望替代Ag基电接触材料的候选材料。然而增强相与铜基体之间的润湿性较差,降低了铜基电接触材料服役过程中的稳定性和可靠性,从而限制了其应用。采用锑掺杂的SnO_2(ATO)作为增强相,研究了La元素在不同温度下对Cu和ATO颗粒之间润湿性的影响。同时对La含量不同的铜基复合材料进行组织和性能分析。结果显示,La元素能够有效改善Cu/ATO体系润湿性。随着La元素的增加,材料硬度略有提升,而电导率下降。提高基体中La元素含量,铜基电接触材料的接触电阻降低。此外通过TEM观察发现,La能够与ATO结合生成一种新的化合物。清晰地揭示出,La元素对ATO/Cu电接触材料润湿性及组织性能具有重要影响。     

化学气相沉积法制备原位生长三维石墨烯/铜基复合材料

本研究通过脱合金化和化学气相沉积相结合的方法,以纳米多孔铜为基底,制备了三维石墨烯/铜基复合材料.该复合材料电导率在93.5％IACS的情况下,硬度和抗拉强度分别达到55.2 HV和330 MPa.相较于一般的铜基复合材料,原位合成制备的石墨烯不仅可在多孔铜基体内三维连续分布铺展生长,而且高质量生长并且均匀分散的薄层石墨烯对复合材料的物理与机械性能增强起到重要作用.为石墨烯/金属基复合材料研究提供了新思路.     

石墨烯增强铜基复合材料的界面调控及其性能研究进展

铜基复合材料有望全面提升铜及铜合金的力学性能和导电、导热等功能特性。石墨烯具有优异的力学和物理性能,是铜基复合材料的理想增强相。石墨烯/铜界面的性质决定了复合材料性能,进行界面调控以提高石墨烯/铜的界面结合性已成为研究人员关注的热点问题。总结了近几年开发的石墨烯缺陷设计法、碳-碳杂化增强相法、金属和陶瓷纳米颗粒修饰石墨烯法以及原位生长石墨烯和石墨烯复合增强相法等多种界面调控策略,讨论了多种界面调控策略对石墨烯增强铜基复合材料的力学、导电、导热性能的作用机理,展望了应用界面调控策略研发的高性能复合材料的应用前景和未来研发的发展方向。     

石墨烯添加量对铜基复合材料性能的影响

采用一步化学还原法结合放电等离子烧结工艺制备石墨烯增强铜基复合材料,利用XRD、SEM、拉曼光谱、拉伸试验机、纳米压痕仪、涡流电导率仪等研究石墨烯含量对复合材料微观组织、力学性能和导电性能的影响。结果表明:石墨烯在复合材料基体中均匀分布,石墨烯的添加能显著增强铜基体的力学性能。与纯铜相比,添加0.025%(质量分数)的氧化石墨烯,可使其屈服强度提高219.8%,抗拉强度提高35.9%,弹性模量提高6.9%,此外,其导电率仍有93.1%IACS。随着石墨烯含量的增加,复合材料的屈服强度、抗拉强度及弹性模量均有所下降,这是因为高石墨烯含量复合粉体中部分石墨烯纳米片未能被铜颗粒包覆,其与铜基体界面结合强度低,石墨烯的剪切应力转移强化效果降低。