發(fā)布時間：2018-05-24 14:37

  本文選題：石墨烯 + 鋁基復合材料　； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》2015年碩士論文

【摘要】：石墨烯具有遠遠高于傳統(tǒng)材料的力學性能和物理性能且二者完美統(tǒng)一,是一種理想的復合材料增強體,已得到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注但存在石墨烯不易分散和界面反應嚴重的問題。為解決這些問題,本文通過理論計算和高能球磨分散工藝的選擇設計了復合材料制備工藝路徑,然后采用熱壓燒結(jié)法和壓力浸滲法分別制備了GNPs/Al-10Si和GNPs/Al-20Si兩種不同基體的復合材料,隨后對GNPs/Al-10Si復合材料以高溫柔性約束和熱擠壓兩種方式進行了致密化處理,對GNPs/Al-20Si復合材料進行了熱擠壓。通過掃描電子顯微鏡和Raman光譜表征了高能球磨的復合粉體的分散質(zhì)量;采用金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡觀察了復合材料微觀組織結(jié)構(gòu);以三點彎曲試驗、拉伸試驗、熱膨脹測試和熱導率測試等試驗測試了復合材料的力學和物理性能。證明了添加Si元素阻礙有害界面反應產(chǎn)物的Al4C3的生成,進一步使界面反應產(chǎn)物轉(zhuǎn)變?yōu)镾i C,通過熱力學方程計算了不同溫度下所需的臨界硅含量,表明其隨溫度的升高而升高,所以設計采用低溫的熱壓燒結(jié)法制備GNPs/Al-10Si和壓力浸滲法制備GNPs/Al-20Si兩種不同基體的復合材料。用簡單包覆模型對復合材料中石墨烯不團聚的最大含量進行了計算。研究了球磨工藝對復合粉體的分散效果,轉(zhuǎn)速為300rpm時6h能滿足分散要求,又不會破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)完整性。熱壓燒結(jié)法制備的GNPs/Al-10Si復合材料基體Si得到了球化和細化,界面反應產(chǎn)物有Al4C3和Si C兩種,組織不致密,強度和塑性均低于基體;經(jīng)高溫柔性約束變形和熱擠壓均能是復合材料致密化,熱擠壓效果更好。柔性約束變形后復合材料強度比基體高約50%,塑性下降很多;熱擠壓后復合材料強度與基體相比提高約1倍,塑性下降不明顯。在拉應力作用下與其垂直的石墨烯發(fā)生片層剝離,與其平行的石墨烯拔出,表明界面結(jié)合不是十分良好。壓力浸滲法制備的復合材料都很致密,隨石墨烯含量增加略有降低。石墨烯同樣起到對Si球化和細化的作用,界面反應產(chǎn)物。借鑒短纖維強化模型建立的石墨烯屈服強度強化模型,計算結(jié)果表明石墨烯強化效率很高,同時引入修正系數(shù)k的概念表征石墨烯分布的方向性和卷曲程度。根據(jù)模型的出石墨烯的強化效率取決于基體的屈服強度、石墨烯片徑與厚度的比值、k值大小且與這三者均是單調(diào)遞增的關(guān)系。根據(jù)石墨烯強化模型的計算,熱擠壓后強化效率的提高源于基體屈服強度提高和石墨烯排布定向性改變兩方面。GNPs/Al-20Si復合材料強度隨石墨烯含量的變化存在峰值在1.2wt%,與石墨烯臨界含量計算結(jié)果相一致,最大抗拉強度為214MPa,比基體高130%,擠壓后最大抗拉強度為309MPa,比基體提高216%,顯示出石墨烯的超高強化效率;彈性模量的變化基本符合混合定律,在石墨烯含量僅為2.4wt%時復合材料彈性模量提高34%至105GPa;石墨烯含量為0.6wt%時復合材料延伸率高于單純基體,說明了石墨烯對Si的球化和細化作用能適當增加復合材料塑性;熱導率隨石墨烯含量變化的峰值為1.8wt%,表明一定程度的團聚對復合材料熱導率有所貢獻;熱擠壓后復合材料熱導率最大為192W/(m·K),比基體高58%。
[Abstract]:The composites of GNPs / Al - 10Si and GNPs / Al - 20Si composites were prepared by means of SEM and Raman spectroscopy . The elastic modulus of the composites is increased by 34 % to 105 GPa when the graphene content is only 2.4 wt % , and the ductility of the composite material is higher than that of the simple matrix when the content of the graphene is only 2.4 wt % , and the thermal conductivity of the composite material is 1.8 wt % when the graphene content is 0.6 wt % .
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB333

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 ;Study on the Thermal Expansion and Thermal Cycling of AlNp/Al Composites[J];Journal of Materials Science & Technology;2002年01期

2 吳人潔;金屬基復合材料的現(xiàn)狀與展望[J];金屬學報;1997年01期

3 王倩;高建國;馬偉民;;金屬基復合材料的發(fā)展與應用[J];沈陽大學學報;2007年02期

相關(guān)碩士學位論文 前2條

1 杜慶來;石墨烯及其復合材料的制備、表征和超電容性能研究[D];南京航空航天大學;2010年

2 劉宇航;少層石墨烯增強鎳基復合材料的制備與性能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2013年

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本文編號：1929412