石墨烯含量对铜基复合材料硬度与导电率的影响

采用粉末冶金法制备石墨烯铜基(Gr/Cu)复合材料,使用十二烷基硫酸钠(SDS)作为分散剂,研究石墨烯含量对复合材料显微硬度和导电率的影响,从而确定石墨烯在铜基体中的最优含量来获得高硬度、高导电率的石墨烯铜基复合材料.结果表明:石墨烯在复合材料中分布均匀.添加石墨烯后,铜基体的硬度增大,而导电率降低.石墨烯含量为0.5...     

钛对石墨烯增强铜基复合材料耐磨性的影响

通过基体钛合金化的方法,热压烧结制备石墨烯增强铜基复合材料,采用往复式摩擦磨损测试其耐磨性,X射线衍射(XRD)分析物相,光镜、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析微观结构和磨损形貌,结果表明:铜/石墨烯界面形成的TiC纳米颗粒有利于增强界面结合力。掺有0.25%Ti的复合材料抗磨性能大幅提升,表现出较低的摩擦系数0.25和较小的体积磨损率10.5×10~(-5) mm~3/(N·m)(仅为纯铜材料的22%);但过量的Ti会导致摩擦性能下降。     

石墨烯化学镀铜及其对石墨烯/铜基复合材料组织性能的影响

以还原氧化石墨烯（reduced graphene oxide,RGO）和CuSO₄·5H₂O为主要原料,通过化学镀法得到铜包覆RGO复合粉体,再与铜粉混合得到含有不同质量分数RGO（0.2%、0.4%、0.6%、0.8%）的RGO/Cu粉末混合料,经压制及烧结得到RGO/Cu复合材料。通过X射线衍射仪（X-ray diffraction,XRD）、拉曼光谱仪（Raman spectroscopy,RS）和场发射扫描电镜（field emission scanning electron microscope,FESEM）等对RGO/Cu复合材料的微观组织和相关性能进行测试分析,并与由未镀铜处理的RGO所制备的RGO/Cu复合材料的组织性能进行对比。结果表明,经化学镀处理的RGO在RGO/Cu复合材料中分布较均匀,而未镀铜处理的RGO在基体中发生明显的团聚。RGO/Cu复合材料的导电导热性随石墨烯加入量的增加有所下降,但石墨烯的加入可有效提高RGO/Cu复合材料的力学性能,且由镀铜RGO所制备的RGO/Cu复合材料的性能要优于由未处理RGO所制备的RGO/Cu复合材料的性能。此外,RGO加入量对复合材料性能也有明显影响,当添加RGO质量分数为0.4%时,由镀铜RGO所制备的RGO/Cu复合材料的综合性能达到最好,其电导率达95.01% IACS,热导率达415.5W·（m·K）-1,而压缩屈服强度和抗拉强度分别为156.73 MPa和268.62 MPa,较相同工艺条件制备的纯铜的屈服强度（75 MPa）和抗拉强度（234.64 MPa）提升了109%和14.48%。     

石墨烯增强铜基复合材料的挑战及其对策

铜具有优异的电学性能、热学性能和化学稳定性,被普遍应用于各工业领域。但铜的力学性能相对较差,而限制铜的更进一步应用。如何在提高铜的力学性能的同时维持铜优异的电学和热学性能是目前的研究热点。由于石墨烯凸显的力学、热学和电学性能,以及二维片层结构,因而成为增强铜基复合材料力学性能的理想增强体。但研究者们通过不同的合成方法制备的石墨烯/铜复合材料的性能增强并没有达到预期效果,主要是因为石墨烯在铜基体中易于团聚、铜与石墨烯的润湿性比较差及其制备过程中造成石墨烯的结构受损。随着近几年来研究者的不断探索,一些新的解决方法不断出现。主要综述石墨烯增强铜基复合材料面临的挑战及其应对策略方面的研究进展,并指出石墨烯增强铜基复合材料可能的发展新趋势。     

铜基石墨烯复合材料的制备及性能研究

为了解决铜的硬度等力学性能差的问题,设计了用泡沫铜为基底和催化剂,通过化学气相沉积(CVD)法制备分布均匀的Cu/3DGNs复合材料.经电火花放电等离子烧结(SPS)制备成高强高导的铜基石墨烯复合材料,在保留铜基体优异的导电、导热等性能的同时提高其力学性能.结果表明,采用硝酸清洗,800℃退火30min,反应气体(H_2/Ar/0.95%C_2H_4-Ar混合气体)流量比为80∶4 000∶5sccm,生长温度为1 000℃、生长时间为10s时,制备的石墨烯表面平整、层数较少、覆盖率高、几乎没有缺陷,石墨烯的形貌最佳;采用600℃的烧结温度、25kN的烧结压力、100℃/min的升温速率梯度烧结,制备出的铜基石墨烯复合材料最为致密,性能最优.     

球磨时间对石墨烯/ODS铜基复合材料组织与性能的影响

在铜粉中加入0.1%氧化石墨烯与0.5%超细氧化铝颗粒(均为质量分数)进行混合机械球磨,然后真空热压致密化,并同时实现氧化石墨烯的热还原,从而在ODS(oxide dispersion strengthened,氧化物弥散强化)铜基复合材料中引入石墨烯作为第二增强相,制备出石墨烯/ODS铜基复合材料。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman spectra)、力学和物理性能测试等,研究球磨时间对复合粉末及其烧结后的组织与性能的影响。结果表明,随球磨时间增加(0~8 h),复合材料的力学性能和物理性能都提高。当球磨时间为8 h时,石墨烯在铜基体中有较好的结合与分布,材料综合性能最佳,石墨烯/ODS铜基复合材料的压缩屈服强度为324 MPa,比ODS铜合金的屈服强度(250 MPa)提高29.6%;抗弯强度为621 MPa,非常接近ODS铜合金(629 MPa),弯曲断口为韧性断裂;维氏硬度(HV)为100;电导率达到87.23%IACS;热导率为385 W/(m·K)。     

高强高导石墨烯增强铜基复合材料的研究进展

高强高导材料在其广泛的应用中可以带来更高的工作性能和更低的能耗,一直是材料科学领域的重点研究对象。石墨烯因具有优异的力学性能和良好的导电性能,常被作为理想的第二相增强体引入铜基体提升综合性能。文中论述了石墨烯增强金属基复合材料的研究背景,详细阐述并分析了石墨烯增强铜基复合材料的制备方法,概括了近年来石墨烯增强铜基复合材料的力学性能及导电性能的研究现状,总结与展望了石墨烯增强铜基复合材料的未来发展趋势。     

镍与石墨含量对新型铜基粉末冶金受电弓滑板材料性能的影响

采用粉末冶金法,在N2和H2混合气氛保护下烧结,制备以石墨和镍等为主要合金元素的新型铜基受电弓滑板材料,研究石墨含量对该材料电阻率、冲击韧性、硬度、摩擦因数和磨损性能的影响,以及镍含量对其硬度和冲击韧性的影响,并分析烧结过程中形成的弥散相和固溶体对材料的增强增韧效果。结果表明:石墨对材料密度影响较明显,石墨含量越高,材料的电阻率越大,冲击韧性越小,并且摩擦因数越小,减磨和耐磨性越好,但石墨含量超过5%时材料性能下降;随镍含量增加,受电弓滑板材料的硬度和冲击韧性都提高,但电阻率增大。石墨和镍的含量(质量分数)均为3%时,材料的电阻率为0.22μΩ·m,硬度为HB60,冲击韧性为7.1J/cm2,摩擦因数为0.19,能满足铜基受电弓滑板的使用要求。     

石墨烯含量对铝基复合材料微观组织和力学性能的影响

通过机械混合、低温球磨结合热挤压工艺制备了石墨烯增强铝基复合材料。通过透射电子显微镜(TEM)、能谱分析(EDS)和室温拉伸力学性能测试等手段,对石墨烯纳米片添加量对铝基复合材料微观组织和力学性能的影响进行了研究。研究结果表明,当石墨烯添加量为0.5%(质量分数),石墨烯基体沿着纳米晶铝的晶界均匀分布,石墨烯/铝界面结合良好。当石墨烯含量大于1.0%时,石墨烯在铝基体中分散性变差,容易团聚形成夹杂,使得石墨烯/铝界面结合变差。铝基复合材料的强度随着石墨烯添加量的增大先升高后降低。当石墨烯添加量为1.0%时,复合材料的强度达到最大值(抗拉248 MPa),与未添加石墨烯的纯铝相比,抗拉强度提高了68.7%。石墨烯增强铝基复合材料的塑性随着石墨烯添加量的增大,先保持不变而后急剧下降。当石墨烯添加量为0.5%,复合材料塑性与纯铝塑性相当。当石墨烯添加量为1.0%,延伸率为8.3%,此时材料的强韧性匹配度较好。     

Cr2AlC含量对铜基复合材料摩擦磨损性能的影响

采用冷压-烧结方法制备了含质量分数0%、5%、10%、15%Cr₂AlC的铜基复合材料, 利用光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱仪观察并分析复合材料微观组织和微区成分, 使用HVS-1000型显微硬度计和M-2000型摩擦磨损试验机测试复合材料的硬度和摩擦磨损性能, 分析Cr₂AlC质量分数对复合材料硬度、摩擦性能和磨损机理的影响。结果表明:含Cr₂AlC铜基复合材料的相对密度为0.8, Cr₂AlC均匀分布在铜基体上, 有效提高了复合材料的硬度; 随Cr₂AlC质量分数增加, 复合材料摩擦系数先升高后降低, 磨损量先降低后回升, 当Cr₂AlC质量分数为10%时, 复合材料的摩擦系数最大, 磨损量最低, 耐磨性能最佳; 未添加Cr₂AlC的纯铜材料磨损机理以黏滑为主, 含Cr₂AlC铜基复合材料的磨损机理是犁削磨损、剥层磨损和氧化磨损三者的结合。     

三维石墨烯/铜基复合材料的制备及耐腐蚀性能研究

在实际应用中,铜基复合材料经常存在腐蚀失效的现象,而石墨烯以其独特的结构显示出卓越的耐腐蚀性能。为了改善铜基复合材料的耐腐蚀性能,设计并烧结制备了三维石墨烯/铜基复合材料。研究表明,在三维石墨烯/铜基复合材料中,石墨烯形成三维互联互通结构,充分发挥了对铜基体的保护作用。与孔隙铜相比,在质量分数为3.5%NaCl溶液中,三维石墨烯/铜基复合材料的腐蚀速率降低了约50%。石墨烯在金属防腐蚀领域将得到更加广阔的应用。通过研究三维石墨烯/铜基复合材料在FeCl_3溶液中的腐蚀行为,进一步揭示了三维石墨烯的耐腐蚀机理。     

铁含量对铜基滑板性能的影响

以Fe为铜基滑板的强化组元，研究了Fe含量对铜基滑板机械物理性能的影响，实验结果表明在铜基样品中，随着Fe含量的增加，样品的强度升高，电性能下降。以5％～10％的Fe含量作为强化组元较为合适。     

石墨烯含量对石墨烯/Al-15Si-4Cu-Mg复合材料微观组织和力学性能的影响

低温球磨分散结合真空热压烧结工艺制备了石墨烯增强的Al-15Si-4Cu-Mg基复合材料.采用扫描电镜、X射线衍射、能谱分析和透射电镜表征了复合材料微观结构,通过抗拉强度和硬度测试,研究了石墨烯添加量对石墨烯/Al-15Si-4CuMg复合材料微观组织和力学性能的影响.结果表明:当石墨烯质量分数分别为0. 4%和0. 8%,石墨烯沿基体晶界均匀分布,钉扎晶界,石墨烯与Al-15Si-4Cu-Mg基体界面结合良好,初晶β-Si、Mg_2Si和Al_2Cu相弥散分布于基体中.当石墨烯质量分数上升至1%,石墨烯分散困难,过量石墨烯富集于晶粒边界处,诱发脆性鱼骨状Al_4Cu_2Mg_8Si_7相沿晶界析出.当石墨烯质量分数为0. 8%时,石墨烯/Al-15Si-4Cu-Mg复合材料的拉伸强度和硬度分别达到321 MPa和HV 98,相比纯Al-15Si-4Cu-Mg复合材料分别提高了19. 3%和46. 2%;当石墨烯质量分数为0. 4%时,复合材料的屈服强度高达221 MPa,硬度和塑性亦获得明显改善.     

石墨烯含量对石墨烯/Al-15Si-4Cu-Mg复合材料微观组织和力学性能的影响

低温球磨分散结合真空热压烧结工艺制备了石墨烯增强的Al-15Si-4Cu-Mg基复合材料.采用扫描电镜、X射线衍射、能谱分析和透射电镜表征了复合材料微观结构,通过抗拉强度和硬度测试,研究了石墨烯添加量对石墨烯/Al-15Si-4Cu-Mg复合材料微观组织和力学性能的影响.结果表明:当石墨烯质量分数分别为0.4%和0.8%,石墨烯沿基体晶界均匀分布,钉扎晶界,石墨烯与Al-15Si-4Cu-Mg基体界面结合良好,初晶β-Si、Mg₂Si和Al₂Cu相弥散分布于基体中.当石墨烯质量分数上升至1%,石墨烯分散困难,过量石墨烯富集于晶粒边界处,诱发脆性鱼骨状Al₄Cu₂Mg₈Si₇相沿晶界析出.当石墨烯质量分数为0.8%时,石墨烯/Al-15Si-4Cu-Mg复合材料的拉伸强度和硬度分别达到321 MPa和HV 98,相比纯Al-15Si-4Cu-Mg复合材料分别提高了19.3%和46.2%;当石墨烯质量分数为0.4%时,复合材料的屈服强度高达221 MPa,硬度和塑性亦获得明显改善.      

PVC和PVDF对压电复合材料电性能的影响

采用纳米晶PVC和PVDF两种聚合物为基体,采用复合材料模压工艺制备了PZT/聚合物压电复合材料,研究了聚合物基体和陶瓷体积分数对复合材料的结构及介电、压电和铁电性能的影响。结果表明:增加陶瓷体积分数有助于获得性能优良的压电复合材料。在压电陶瓷高含量区(≥50%),部分压电陶瓷颗粒相互联接,形成了类似0-3(1-3)型复合连通形式,是复合材料获得优良电性能的主要原因。在陶瓷含量相同时,聚合物的性能影响了复合材料的电性能。陶瓷含量为50%时,由于PVDF基体有较高的介电常数,该复合材料体系的矫顽场Ec明显低于PVC体系,但PVC体系显示出较高的剩余极化Pr,这是PVC体系可以获得较高的机电耦合系数的主要原因;采用PVC为基体获得了具有较好的综合机电性能:d33=15 pC.N-1,g33=41.5 mV.m.N-1,Kp=0.226,良好的柔顺性和机械加工性的压电复合材料,有望在水声材料中获得应用。     

热压工艺对碳纤维增强铜基复合材料力学性能的影响

研究了热压工艺对碳纤维增强铜基复合材料力学行为的影响。结果表明:随热压温度的提高,CF/Cu复合材料的拉伸强度增大,显微硬度提高;热压温度超过800℃后,材料的强度和显微硬度随热压温度的升高而降低。对复合材料显微组织的研究表明,随热压温度的提高,材料的显微组织更加均匀。SEM断口分析表明:CF/Cu复合材料的断裂以纤维拔出为主要方式。     

钨含量对铜基摩擦材料性能的影响

为了探究钨含量对制动用铜基摩擦材料性能的影响,采用热压烧结工艺制备了不同钨含量的铜基摩擦材料,对其物理性能、力学性能和摩擦磨损性能进行了测试.研究表明,铜基摩擦材料的密度随着钨含量的增加而增大,而剪切强度和硬度先增大后减小.钨提高了材料磨损表面微凸体接触的结点强度,从而提高了材料的摩擦因数.适量的钨可以有效地减少磨损表...     

原位铜基复合材料的研究进展

综述了原位Cu基复合材料的特点和研究进展,介绍了该复合材料的最新制备工艺,对微观结构和机械性能进行了分析,并简要讨论了其发展趋势.