石墨烯增强铜基复合材料的制备及性能

为了解决石墨烯在铜基体中分散不均匀的问题,采用电荷吸引的方法将带负电荷的氧化石墨烯纳米片均匀的吸附在带正电荷的铜粉的表面,然后用粉末冶金的方法制备石墨烯增强铜基复合材料。采用扫描电镜,透射电镜,拉伸和导热测试等对石墨烯增强铜基复合材料的显微结构,力学性能和导热性能进行了研究。结果表明:石墨烯均匀的分散在铜基复合材料中,石墨烯在基体中的均匀分散和紧密的界面结合有效的提高了复合材料的性能。     

石墨烯增强铜基复合材料研究

铜及其合金在实际应用中稳定性差且强度相对较低。石墨烯作为一种由碳原子杂化的二维层状材料,具有较高的强度、良好的导电导热性能,是一种极具潜力的纳米级铜基材料增强体。本文基于石墨烯在铜基材料中的应用研究现状,概述了石墨烯铜基复合材料的常用制备工艺,并对其优缺点进行了分析;综述了石墨烯铜基复合材料的有效分散、界面结合和结构设计等关键技术,对石墨烯增强铜基复合材料研究存在的问题和发展方向进行了总结和展望。     

石墨烯增强铜基复合材料的制备及研究现状

石墨烯由于具有优异的力学与功能内禀特性,成为金属基复合材料的理想增强相,近年来受到各国研究者的广泛关注。本文总结了石墨烯增强铜基复合材料的制备方法、改善石墨烯分散均匀性以提高其与铜基体界面结合性能的研究进展,最后对石墨烯增强铜基复合材料的应用及未来发展方向进行了展望。     

石墨烯增强铜基复合材料的制备技术及发展

石墨烯由于其独特的二维结构和优异的物化性能,在改善复合材料的力学性能、电学性能和热学性能等方面具有很大的潜力,已成为金属基复合材料较理想的增强体。铜合金具有优异的导电导热性能和良好的延展性,但是其强度较低、不耐磨及高温下易变形的特点阻碍了其应用和发展。因此,结合石墨烯和铜的性能特点,将石墨烯作为增强体添加到铜中,制备性能优异的石墨烯增强铜基复合材料成为目前研究的热点之一。综述了目前石墨烯增强铜基复合材料的制备方法,并对各方法的特点进行了分析比较,提出未来可采用的制备工艺的方向以及在制备过程中面临的问题和挑战,并对其未来的研究方向进行了展望。     

石墨烯/铜基复合材料织构表面的摩擦特性

目前针对石墨烯 / 铜基复合材料的研究主要集中在复合材料的制备工艺对材料性能的影响上,对石墨烯 / 铜基复合材料表面摩擦特性影响还缺乏深入探究。采用热压烧结法制备石墨烯 / 铜基复合材料,并利用激光在复合材料表面完成不同尺寸和形态的微织构加工,探究织构化和石墨烯对复合材料表面摩擦特性的影响。测试结果发现：当石墨烯含量为 0.5%时,该复合材料存在一个硬度峰值为 140 HV_0.1,比铜合金基体的硬度提高了近 27%。同时具有凹坑织构的复合材料表面摩擦因数及磨痕宽度随表面织构直径的增加而呈现“下降-上升”趋势,其中凹坑直径为 200 μm 时,各项指标达到最小,摩擦因数为 0.377, 磨痕宽度为 231 μm,可以看出合适的织构形状、尺寸以及适当的石墨烯含量使得石墨烯 / 铜基复合材料在减磨性和耐磨性方面有所提高。将激光表面织构化技术与粉末冶金技术相结合,为改善零部件表面摩擦磨损性能提供了一种新的工艺。     

基于增强相构型设计的石墨烯/Cu复合材料研究进展

铜基复合材料具有优异的功能特性及力学性能,在电子、电工等领域具有广阔的应用前景.作为一类理想的增强相,石墨烯具有优异的综合性能以及二维结构特征.相比于其他如颗粒增强相、晶须增强相,石墨烯与Cu的性能匹配性更好,同时其在Cu基体中的分布结构具有更强的可设计性,可显著改善铜基复合材料的综合性能,因此利用新工艺实现石墨烯分布构型的调控设计成为当今铜基复合材料研究的热点.本文总结了近年来石墨烯在Cu基体中分布的构型(均匀构型、层状构型以及网络构型)及其相应的制备工艺,讨论了石墨烯构型对于铜基复合材料性能的影响,并展望了石墨烯构型设计的新思路,以及特殊构型石墨烯/Cu复合材料未来的发展趋势以及应用领域.     

Al2O3晶须与石墨烯纳米片共增强铜基复合材料的显微结构及界面行为(英文)

研究Al₂O₃晶须和石墨烯纳米片共增强铜基复合材料的力学性能和显微结构。采用机械合金化、真空热压烧结和热等静压工艺制备不同石墨烯含量的铜基复合材料。含0.5%石墨烯(质量分数)的铜基复合材料(GNP-0.5)具有良好的Cu/C和Cu/Al₂O₃界面结合性能;复合材料的硬度和抗压强度随石墨烯含量的增加呈现先增加到一个临界值后减小的趋势。研究结果表明,石墨烯和Al₂O₃晶须在铜基复合材料中最主要的强化机制是能量耗散和载荷传递以及石墨烯导致的晶粒细化。石墨烯与Al₂O₃晶须的双相混杂增强效应在于：当Al₂O₃/Cu界面存在微裂纹并沿着界面扩展时,嵌于铜基复合材料中的石墨烯会阻碍裂纹扩展路径,从而强化Al₂O₃晶须在铜基复合材料中的增强作用。     

石墨烯和石墨增强铜基复合材料的摩擦磨损性能（英文）

采用热压方法制备不同石墨烯含量的铜-石墨烯复合材料,并将其力学性能和摩擦磨损性能与用相同方法制备的铜-石墨复合材料进行对比。实验结果表明:当复合材料中石墨与石墨烯体积分数相同时,铜-石墨烯复合材料具有更高的相对密度、显微硬度以及抗弯强度。随着铜-石墨烯复合材料中石墨烯含量的增加,材料的摩擦系数及磨损率明显降低,而铜-石墨复合材料中石墨的减磨作用较小。两种复合材料的磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳磨损。铜-石墨烯复合材料优异的力学性能和摩擦磨损性能得益于石墨烯高的润滑效率及其对铜基体的增强作用,这表明石墨烯是铜基复合材料的理想添加剂,不仅可以作为有效的润滑剂,还可以作为良好的强化相。     

石墨烯增强铜基复合材料显微组织和性能的研究

采用粉末冶金法制备了质量分数为0%(纯铜)、0.4%、0.8%和1.2%的石墨烯增强铜基复合材料,利用光学显微镜、高分辨场扫描电镜、高精度固体密度仪、数字式电导率仪和万能试验机对石墨烯增强铜基复合材料的微观组织和性能进行研究和分析。结果表明,铜粉纯度高、无杂质,随着石墨烯含量的增加,复合材料的孔隙率随之增加,而且石墨烯的团聚现象逐渐加重,晶粒尺寸呈现先降低后提高的现象,而石墨烯含量在0.8%时,晶粒尺寸最小为43.385 nm。以复合材料的物理性能方面来说,石墨烯增强铜基复合材料的密度和电导率呈现下降趋势。随着石墨烯含量的增加,复合材料的屈服强度和最大抗压强度呈现先上升后下降的趋势,而压缩率呈现逐渐下降的趋势,当石墨烯含量为0.8%时,屈服强度和最大抗压强度达到最大值,分别为80.79和332.88 MPa。     

石墨烯增强铜基复合材料的研究进展

石墨烯具有优异的导电、导热及力学性能,成为理想的金属基复合材料的增强相。首先简要总结了石墨烯增强铜基复合材料的发展概况;其次,介绍了石墨烯-铜复合材料的主要制备方法及主要的石墨烯分散技术;最后,讨论了该材料的潜在应用领域以及其制备的主要困难和将来工作的重点方向。     

含石墨烯胞室结构的铜复合材料及其耐腐蚀性能

目的 开发一种石墨烯在铜基复合材料中的均匀分散结构,制备出兼具高导电和强抗刻蚀性能的石墨烯/铜复合材料。方法 采用化学气相沉积原位生长法结合分散剂工艺,制备分散均匀石墨烯/铜基粉体复合材料。利用制备的石墨烯/铜粉体材料,采用真空热压工艺,制备了石墨烯/铜块体材料,然后用拉曼光谱、X射线粉末衍射仪和金相显微镜,考察石墨烯/铜试样的质量和形貌,最后用数字便携式涡流电导仪测量其电导率。利用自主设计的石墨烯/铜在过硫酸铵中刻蚀的实验装置,测试石墨烯/铜的抗刻蚀性能。结果 利用石墨烯/铜粉体制备的石墨烯/铜块体和铜具有相同的(111)、(200)和(220)晶面,多层石墨烯以立体胞室结构均匀分布在铜晶粒的晶界处。石墨烯/铜块体的导电率为96%IACS,明显优于文献报道的以其他方法制备的石墨烯/铜块体,并且在过硫酸铵溶液中浸泡90 min后,石墨烯/铜块的质量损失为126.6 mg, 石墨烯/铜比纯铜的抗刻蚀能力提高了37.6%,具有比铜更强的抗刻蚀性能。结论 以CVD原位生长法和真空热压法制 备的石墨烯/铜复合材料,石墨烯以立体胞室结构均匀分散在铜界面处,并且兼具高的导电性和强的抗刻蚀性能。     

Characterization and Tribological Properties of Graphene/Copper Composites Fabricated by Electroless Plating and Powder Metallurgy

Self-lubricating copper matrix composites reinforced with graphene were prepared by electroless plating and powder metallurgy.The morphology and structure of graphene,Cu@graphene powder,and Cu@graphene/Cu composites were characterized and the tribological properties of Cu@graphene/Cu composites were investigated.The X-ray diffraction pattern of Cu@graphene confirms the coexistence of characteristic peaks of both copper and graphene,with a weakened characteristic peak of carbon impurity.The obtained morphology of Cu@graphene reveals that the surface of the graphene is completely covered with a uniform and compact copper layer with lots of copper nanoparticles.Raman and Fourier transform infrared spectroscopy analyses show that the oxygen functional groups and defects on the surface of the redox graphene can be reduced through the electroless plating process.The tribological results indicate that the coefficient of friction of Cu@graphene/Cu composites initially decreases and then increases with an increase in Cu@graphene content.The lowest coefficient of friction,which is about 29.47% lower than that of pure Cu,is achieved in the Cu@graphene/Cu composites with 3.0 wt%Cu@graphene.The chemical composition and topography of the wear tracks for Cu@graphene/Cu composites infer that the formation of a well-consolidated graphene-rich lubricious tribolayer at the contact surface and a higher microhardness work together to enhance the tribological performance of Cu@graphene/Cu composites.     

石墨烯金属基复合材研究进展

本文详细叙述了石墨烯及其衍生物等增强相的应用范畴及适用区别以及比较了金属基复合材料的不同制备方法,分析传统的制备方法之间的分类特点及应用方向,重点提出了工艺步骤灵活、可控性极高的新型制备石墨烯增强金属基复合材料的方法—激光增材制造技术。深入讨论了石墨烯及其衍生物作为增强相,给金属基复合材料中带来的力学、摩擦学、电学、金属耐腐蚀等性能方面的改变,比较了石墨烯及衍生物作为增强相对铝、镁、镍、铜、钛等金属基复合材料性能提高及改善程度和在不同金属基复合材料中仍存在的增强相各种团聚、分散问题与金属基体的界面结合等及目前提出的处理方案,最后提出制备石墨烯金属基复合材料未来发展方向及新型制备技术仍存在的实际问题。     

放电等离子烧结法制备石墨烯-铜铬锆合金的组织与性能

采用低能球磨和放电等离子烧结法制备了石墨烯(GNPs)增强铜基复合材料.研究了石墨烯含量对复合材料微观结构和性能的影响.结果 表明,随着石墨烯含量的增加,复合材料的力学性能呈现出先升高后降低的趋势.其中,当石墨烯含量为0.25％(质量分数)时,复合材料的极限抗压强度为409 MPa,合金的导电率高达90％ IACS.石...     

Thermophysical Properties of Cu-Matrix Composites Manufactured Using Cu Powder Coated with Graphene

Compact Cu matrix composites reinforced with graphene were prepared by thermochemical processes and cold isostatic pressing. Thermophysical properties were investigated using laser flash analysis, differential scanning calorimetry, and dilatometry. From the results of the measurements, it follows that within the entire investigated temperature range, both the thermal diffusivity and the calculated values therefrom of the thermal conductivity of copper-graphene composites change according to the temperature changes. Above 500 °C, abnormal decrease of the thermal diffusivity was registered for sample prepared from pure copper powder. In this case, the elevated temperature of test could cause sintering of copper particles, which were not coated by graphene. The as-received composites had higher thermal diffusivity and the thermal conductivity at the room temperature in comparison to the material obtained by standard pressing of pure copper powder. However, the production methods of some samples could cause their partial sintering. Based on the study, it could not be concluded that graphene only has impacts on the thermophysical properties.     

Synthesis and Properties of “Reduced Graphene Oxide –Copper” Composites Produced by the Method of Repeated Pressing and Sintering

Metal Science and Heat Treatment - We study composites with copper matrix reinforced by plates of graphene oxide produced by the method of repeated pressing and sintering. We determine the...     

石墨烯对搅拌摩擦加工铝基复合材料性能的影响

采用结合粉末工艺的两步法搅拌摩擦加工制备石墨烯增强铝基复合材料,研究了石墨烯添加量对复合材料力学性能和导电性能的影响。结果表明,石墨烯的添加对铝基复合材料性能有明显的影响,随石墨烯添加量增加,复合材料的硬度逐渐提高、塑性持续下降,而抗拉强度和电导率均呈先增后减的趋势。石墨烯体积分数为3.7%时,复合材料的抗拉强度最高,达到146.5 MPa,与同等加工条件下的纯铝相比,提高了78.7%,而石墨烯体积分数为1.3%时,复合材料的电导率最高,达到30.62 MS/m,较同等加工条件下的纯铝基体提高了53.4%。     

石墨烯协同反应自生氧化铝增强铝硅基复合材料的研究

以铝、二氧化硅和石墨烯为原料,采用粉末冶金和原位反应相结合的方法制备石墨烯协同反应自生氧化铝增强Al-Si基复合材料,并对复合材料的物相、组织及性能进分析。结果表明:石墨烯及反应生成的氧化铝颗粒都较为均匀的分布在复合材料基体中起到增强作用;复合材料的致密度和硬度均在二氧化硅质量分数为25%时达到最大,分别为87.08%和77.54 HB,其硬度较未添入石墨烯的复合材料提升了10.3%.