石墨烯增强铜基复合材料研究进展

铜(Cu)基复合材料具有优异的力学、热学、电学及耐磨和耐腐蚀等性能,广泛应用于各种工业技术领域。石墨烯(Graphene,Gr)具有二维平面结构和优异的综合性能,是金属基复合材料理想的增强相。石墨烯增强铜基复合材料拓展了铜及其合金的应用范围,适当的制备方法可以使其在保持优异导电导热性能的同时拥有更好的力学性能。石墨烯在铜基体中的存在形式主要以还原氧化石墨烯、石墨烯纳米片或与金属氧化物/碳化物纳米颗粒连接,旨在增强两者之间的界面结合。因此,石墨烯在铜基体中的结构完整性及存在形式直接影响了其性能的优劣。本文综述了Cu/Gr复合材料的制备及模拟方法、复合材料的性能评价及力学性能与功能特性的相互影响规律。指明Cu/Gr复合材料的发展关键在于：(1)分散性与界面结合;(2)三维石墨烯结构的构建;(3)界面结合对力学性能与功能特性的影响及两者间的相互协调。     

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。     

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...     

石墨烯增强铜基复合材料的研究进展

综述了石墨烯/铜复合材料的球磨、液相混合和分子水平混合等制备方法及其力学、导电和导热等性能,总结了存在的主要问题;概述了层状仿生石墨烯/铜基复合材料的制备方法及性能,并展望了石墨烯/铜复合材料的研究方向及应用前景.     

烧结压力对石墨烯增强铜基复合材料组织性能的影响

烧结压力是粉末冶金制备材料过程中重要工艺参数之一,通过在石墨烯/铜中添加钛粉以改善二者润湿性,使用超声分散和球磨法进行混粉,用放电等离子烧结(SPS)的方式制备石墨烯铜基复合材料,在5,15,25,30MPa 4种不同压力下进行烧结。用金相显微镜和扫描电子显微镜(SEM)对石墨烯增强铜基复合材料显微结构进行观察,测量试样密度,并采用硬度计、导电率测试仪对力学性能和导电性能进行测试。结果表明,随着烧结压力的升高,复合材料晶粒尺寸不断减小,导电率先上升后下降。当烧结压力达到25 MPa时,导电率最大为51.2%IACS;复合材料的密度和硬度值不断增大。     

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。     

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。     

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.     

NbSe2/Cu新型自润滑复合材料制备及其摩擦学性能

以片层状NbSe2为原料,通过粉末冶金复压复烧的方法制备出不同质量分数的NbSe2/Cu复合材料.对复合材料的显微结构、物理性能及摩擦磨损性能进行了研究.结果表明,NbSe2的加入可显著提高材料的摩擦学性能.这是由于复合材料在摩擦热和变形挤压的共同作用下,基体中NbSe2被逐渐挤出,形成了NbSe2的固体润滑膜.NbSe2表面镀Cu可提高NbSe2与Cu基体的界面结合强度,所形成的固体自润滑膜不易脱落且更加完整,从而使复合材料具有更优异的物理性能和摩擦学性能.     

Fabrication and properties of short carbon fibers reinforced copper matrix composites

Short carbon fibers (SCFs) reinforced copper matrix composites have been produced by a new electrodeposition plus cold press and sintering technique. SCFs were copperized directly by the new method, and the electrodeposit had a loose porous structure. The coating thickness is uniform, and can be controlled by appropriate parameters. A model representing the growth process of these electrodeposits was presented. SCFs were distributed homogeneously, and no defects were found in the Cu/SCFs composites. The effects of SCFs volume fraction on mechanical, physical, thermal, and tribological properties of the composites were discussed.     

Tribological properties of copper matrix composites reinforced with homogeneously dispersed graphene nanosheets

Graphene reinforced copper matrix composites (Gr/Cu) were fabricated by electrostatic self-assembly and powder metallurgy. The morphology and structure of graphene oxide, graphene oxide-Cu powders and Gr/Cu composites were characterized by scanning electronic microscopy, transmission electronic microscopy, X-ray diffraction and Raman spectroscopy, respectively. The effects of graphene contents, applied loads and sliding speeds on the tribological behavior of the composites were investigated. The results indicate that the coefficient of friction of the composites decreases first and then increases with increasing the graphene content. The lowest friction coefficient is achieved in 0.3?wt% Gr/Cu composite, which decreases by 65% compared to that of pure copper. The coefficient of friction of the composite does not have significant change with increasing the applied load, however, it increases with increasing the sliding speed. The tribological mechanisms of the composite under different conditions were also investigated.     

NbSe2/Cu新型自润滑复合材料制备及其摩擦学性能

以片层状NbSe₂为原料, 通过粉末冶金复压复烧的方法制备出不同质量分数的NbSe₂/Cu复合材料。对复合材料的显微结构、物理性能及摩擦磨损性能进行了研究。结果表明, NbSe₂的加入可显著提高材料的摩擦学性能。这是由于复合材料在摩擦热和变形挤压的共同作用下, 基体中NbSe₂被逐渐挤出, 形成了NbSe₂的固体润滑膜。NbSe₂表面镀Cu可提高NbSe₂与Cu基体的界面结合强度, 所形成的固体自润滑膜不易脱落且更加完整, 从而使复合材料具有更优异的物理性能和摩擦学性能。     

SiC和SiO2纳米颗粒弥散强化铜基复合材料的制备和性能研究

采用粉末冶金法制备了不同含量的纳米SiC和SiO2颗粒增强的Cu基复合材料．研究了增强相含量对铜基复合材料性能的影响，比较了n-SiC和n-SiO2对铜的增强效果。结果表明，n-SiO2和n-SiC颗粒较少含量较少时在基体中分布较为均匀，团聚较少；随着复合材料中n-SiC和n-SiO2质量分数的增加，材料的密度降低，电阻率升高，而硬度先升高后降低；两种复合材料的软化温度都达到700℃以上，远远高于纯铜的软化温度（15012），提高了材料的热稳定性；颗粒含量相同时，n-SiC的对铜基体的增强效果要优于n-SiO2。     

The effect of heat treatment on mechanical properties of carbon nanofiber reinforced copper matrix composites

The effect of heat treatment of carbon nanofibers (CNFs) on the mechanical properties of CNF (Ni/Y)–Cu composites was investigated. CNF (Ni/Y)–Cu composite powder mixtures were prepared by a combination of in situ chemical vapor deposition (CVD) and co-deposition processes. The in situ CNF (Ni/Y)–Cu powder synthesized by CVD was subject to heat treatment at temperatures ranging from 700 to 1,000 °C. The morphology and quality of CNFs were characterized by transmission electron microscope, scanning electron microscope, and Raman spectroscopy. Heat treatment can improve the CNFs by eliminating the amorphous carbon and disordered graphite. Bulk composites containing various fractions of CNFs were fabricated from the powder by cold pressing and sintering followed by repressing. With the same fraction of CNFs (2.5 wt%), the strengthening efficiency of the CNFs heat treated at 800 °C is 88% higher than that of as-synthesized CNFs. The strengthening mechanism of CNFs in the composites is discussed in detail.     

碳纤维增强铜基复合材料制备方法研究进展

综述了碳纤维增强铜基复合材料的主要制备方法及其发展现状,重点讨论了粉末冶金法、热压扩散烧结法、熔渗法、PVD法、CVD法及电镀法等常用制备工艺的原理及特性,分析了不同制备方法的优缺点及适用领域,提出了现有方法中存在的问题,并展望了碳纤维增强铜基复合材料的发展趋势及在输变电领域的应用前景。     

颗粒增强铜基复合材料的选区激光烧结制备

利用选区激光烧结制备了亚微米WC-10%Co颗粒增强Cu基复合材料。利用X射线衍射仪、 扫描电镜及原子力显微镜表征了激光烧结试样的显微组织。结果显示: WC增强颗粒或部分熔化且圆滑化, 或完全熔化且原位析出; 与基体具有连续相容的冶金结合界面。 研究了工艺参数(激光功率、 扫描速率、 铺粉厚度)对烧结试样组织及性能的影响。结果表明, 增加激光功率能改善增强颗粒与基体的界面结合性能。激光扫描速率大于0.05m/s 时, 能提高增强颗粒分散均匀性。铺粉厚度降至0.30mm以下, 有利于提高烧结成形致密度。