石墨烯具有出色的機械和物理性能,被認為是制備復合材料優(yōu)良的增強相,使用石墨烯制備復合材料可以明顯的提高合金的機械性能。在銅基體中引入石墨烯,如何改善石墨烯在銅基體中分散性,保證石墨烯結構的完整性,是提高石墨烯-銅基復合材料機械性能的關鍵。本文通過機械球磨和放電等離子（SPS）燒結工藝,分別制備了兩種不同粉末狀態(tài)（元素粉和預合金粉）的石墨烯-銅鉻鋯合金。分析了石墨烯在銅基體中的分散情況,研究了石墨烯含量對合金組織及性能的影響。通過對元素粉制備的石墨烯-銅鉻鋯合金分析得出,石墨烯質量分數(shù)為0.25%時,其在銅基體中分布均勻。0.25%GNP-CuCrZr合金的導電率高達91.5%IACS,此時合金的力學性能達到最優(yōu),拉伸屈服強度為144MPa,較Cu-Cr-Zr合金提高了62%。對石墨烯-銅鉻鋯合金屈服強度貢獻率最大的是載荷傳遞強化模型。摩擦磨損實驗表明,隨著石墨烯含量的增加,合金的磨損率在不斷下降,加入少量石墨烯,合金的磨損行為主要為粘著磨損,當石墨烯含量較高時,接觸面形成致密的碳質層起到潤滑作用。對元素粉制備的合金分別進行熱軋和退火處理。軋后合金的致密度達到98%,0.25%GNP-C... 

【文章來源】：西安建筑科技大學陜西省

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【學位級別】：碩士

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圖1.1分子水平混合法制備Cu/RGO納米復合材料的工藝原理圖[76]

西安建筑科技大學碩士學位論文11圖1.1分子水平混合法制備Cu/RGO納米復合材料的工藝原理圖[76]Fig.1.1SchematicoffabricationprocessofCu/RGOnanocompositesbyamolecularlevelmixingmethod(3)化學氣相沉積法(CVD)CVD生長過程通常使用一種混合了氫的烴氣原料在加熱的銅箔上流動。碳氫化合物和氫氣的分壓可以通過總室壓或加入惰性稀釋氣體來進一步控制[41]。銅箔可以直接在非加熱室(冷壁CVD)加熱，也可以加熱整個反應室(熱壁CVD)。在熱壁反應器中，氣室的溫度升高會刺激氣相反應，使氣體成分趨向于熱力學平衡[77]。此方法可以較好地保護石墨烯的結構，Chen[78]等人將納米銅粉作為模板，采用化學氣相沉積法制備了具有原位生長3D石墨烯結構的石墨烯/銅基復合材料(圖1.2)，Cu顆粒被光滑的碳層覆蓋，并很好地分散在Cu基體中，在變形過程中成為位錯運動的有效障礙。圖1.2原位生長3D-GN的形成過程示意圖[78]Fig.1.2Schematicdiagramoftheformationprocessofin-situgrown3D-GN(4)層層自組裝層層自組裝技術是將石墨烯分散在幾層金屬薄膜之間，形成一層層的復合層狀結構，用來制備納米層復合物。Kim[79]等人將銅和單層石墨烯交替層組成，重復層間距為70nm制備納米層復合物，石墨烯-銅層具有1.5GPa的超高強度。此方法雖能防止在石墨烯結構遭到嚴重破壞，并有效阻止位錯在整個金屬-石墨烯界面上的擴展，但整體制備過程消耗時間較長。

固或鑄造。但由于石墨烯和金屬性能之間的巨大差異，導致石墨烯懸浮在熔融金屬表面上，難以分散均勻。熔體滲透是將熔融金屬滲入到預成型坯中，主要用于制備由于不溶性而無法通過其他方法獲得的材料，可以通過向石墨烯中添加有機粘結劑壓制燒結，或是將石墨烯與金屬粉末球磨然后壓制。熔體滲透既可在高壓下進行，也可在無壓力下進行，即通常所說的無壓滲透。將金屬/合金錠放置在較低密度的模具頂部并熔化，然后熔融液體在重力作用下流入預成型坯。Dong[43]等人采用機械合金和無壓滲透燒結工藝制備了石墨烯/W70Cu30復合材料(圖1.3)。制備的復合粉末壓制成圓柱棒狀，在超過銅熔點的1350℃的溫度下，將生坯放在管式爐中通過熔融浸滲，再此條件下，W固態(tài)晶粒與Cu液體共存，并且通過粒子重排進行燒結。金屬滲透方法對于獲得具有均勻分布的石墨烯/W70Cu30復合材料非常有效。但該方法也存在不足之處，在高溫燒結期間會嚴重破壞石墨烯的結構。圖1.3石墨烯/W70Cu30復合材料的制備工藝[43]Fig.1.3TheillustrationofthepreparationprocessofGraphene/W70Cu30composites(6)冷噴涂法冷噴涂法是一種相對較新的技術，其中復合粉末在低溫下被加速到很高的速度時撞擊在基材上。顆粒在撞擊表面時處于固體狀態(tài)，并發(fā)生嚴重的塑性變形。碰撞時產(chǎn)生的高動能保證了顆粒在基體上的良好附著力。由于該過程的溫度低于熔點，可以避免氧化和相變[81]。


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