本文關(guān)鍵詞： 石墨烯 泡沫銅 復(fù)合材料 界面　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：銅及其合金具有高導(dǎo)熱性和高導(dǎo)電性等優(yōu)點(diǎn),數(shù)百年來被人類開發(fā)利用,廣泛的應(yīng)用于機(jī)械、電子和航天等領(lǐng)域。但其強(qiáng)度低、耐高溫性差的缺點(diǎn),使其應(yīng)用范圍受到了極大地限制,已無法滿足目前工業(yè)生產(chǎn)的要求。石墨烯作為一種新型增強(qiáng)體已經(jīng)在金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域取得了一定的研究進(jìn)展。目前石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的增強(qiáng)體主要為氧化還原石墨烯,盡管其在力學(xué)性能方面得到了大幅度提升,但由于添加的氧化還原的石墨烯材料表面結(jié)構(gòu)缺陷及含氧官能過多,導(dǎo)致本體材料在電學(xué)以及熱學(xué)方面性能遭到嚴(yán)重惡化。石墨烯增強(qiáng)體在銅基體中分散性差是目前石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的另一項(xiàng)需要解決的問題。泡沫銅是一種新型的具有三維多孔結(jié)構(gòu)的金屬材料,同時還是化學(xué)氣相沉積法(CVD)生長高質(zhì)量石墨烯的常用基底。本文采用泡沫銅金屬基底制備三維網(wǎng)絡(luò)石墨烯,意在解決石墨烯質(zhì)量差且在基體中分散性差、易團(tuán)聚等問題,制備高質(zhì)量石墨烯并使其能夠均勻地分散在基體中,最大限度的發(fā)揮其作為增強(qiáng)體的作用。本文探究了CVD法制備三維網(wǎng)絡(luò)石墨烯的工藝,確定了以泡沫銅基底,采用CVD法生長三維網(wǎng)絡(luò)石墨烯的最佳工藝參數(shù)為沉積溫度1000℃、沉積時間12 min、沉積氣體流量比甲烷:氫氬混合氣=10 sccm:90 sccm,獲得的三維石墨烯為優(yōu)質(zhì)的3~5層石墨烯,缺陷少、晶化程度高且結(jié)構(gòu)完整。采用最佳工藝參數(shù)制備得到了內(nèi)部孔洞相互貫通的且結(jié)構(gòu)完整的自支撐三維網(wǎng)絡(luò)石墨烯骨架。采用放電等離子燒結(jié)(SPS)技術(shù)制備三維網(wǎng)絡(luò)石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。對復(fù)合材料進(jìn)行光學(xué)顯微鏡觀察,未發(fā)現(xiàn)石墨烯大面積團(tuán)聚的現(xiàn)象。對復(fù)合材料腐蝕處理后的表面進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀察,發(fā)現(xiàn)了完整的網(wǎng)絡(luò)狀石墨烯薄膜,說明燒結(jié)過程中三維網(wǎng)絡(luò)石墨烯骨架結(jié)構(gòu)并未遭到破壞。此外,三維網(wǎng)絡(luò)石墨烯在復(fù)合材料中可以使銅晶粒得到細(xì)化。獲得的復(fù)合材料與純銅相比:拉伸屈服強(qiáng)度提升160 MPa,抗拉強(qiáng)度提升48.6 MPa,壓縮屈服強(qiáng)度提升193MPa;線熱膨脹系數(shù)降低了1.3×10-6/℃;國際淬火銅標(biāo)準(zhǔn)(IACS)值達(dá)到了73.8%;導(dǎo)熱性能提升了15.1%;彈性模量和硬度分別提升了6.3%和4.3%。探究了鍍覆處理能否促進(jìn)銅在石墨烯表面的潤濕。研究表明,對石墨烯表面進(jìn)行真空鍍覆銅金屬層處理后,Ag-Cu釬料在鍍層表面的潤濕角與在石墨烯表面相比有所下降,同時,釬料的鋪展面積增大。這說明,鍍覆處理能夠促進(jìn)銅在石墨烯表面的潤濕,可以改善石墨烯與銅界面結(jié)合狀況。鍍覆處理后制備的三維網(wǎng)絡(luò)石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的力學(xué)性能較未處理之前得到進(jìn)一步的提升,拉伸屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度較未處理前分別提升了49.95 MPa和42.40 MPa,徑向壓縮屈服強(qiáng)度提升了22.3MPa;導(dǎo)電導(dǎo)熱性能提升明顯,電導(dǎo)率達(dá)到了43.74 S/m,IACS值達(dá)到了77.2%,熱導(dǎo)率達(dá)到了281.5 W/mk,導(dǎo)熱系數(shù)較純銅提升了17.7%,較未處理前提升了1.7%;平均線熱膨脹系數(shù)為15.4×10-6/℃,較之純銅下降了14.4%,較未處理前下降了7.7%。復(fù)合材料的密度較純銅有所降低。
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【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB333

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1515980