石墨烯具有出色的機(jī)械和物理性能,被認(rèn)為是制備復(fù)合材料優(yōu)良的增強(qiáng)相,使用石墨烯制備復(fù)合材料可以明顯的提高合金的機(jī)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(jié)構(gòu)的完整性,是提高石墨烯-銅基復(fù)合材料機(jī)械性能的關(guān)鍵。本文通過(guò)機(jī)械球磨和放電等離子（SPS）燒結(jié)工藝,分別制備了兩種不同粉末狀態(tài)（元素粉和預(yù)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(duì)合金組織及性能的影響。通過(guò)對(duì)元素粉制備的石墨烯-銅鉻鋯合金分析得出,石墨烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%時(shí),其在銅基體中分布均勻。0.25%GNP-CuCrZr合金的導(dǎo)電率高達(dá)91.5%IACS,此時(shí)合金的力學(xué)性能達(dá)到最優(yōu),拉伸屈服強(qiáng)度為144MPa,較Cu-Cr-Zr合金提高了62%。對(duì)石墨烯-銅鉻鋯合金屈服強(qiáng)度貢獻(xiàn)率最大的是載荷傳遞強(qiáng)化模型。摩擦磨損實(shí)驗(yàn)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(dāng)石墨烯含量較高時(shí),接觸面形成致密的碳質(zhì)層起到潤(rùn)滑作用。對(duì)元素粉制備的合金分別進(jìn)行熱軋和退火處理。軋后合金的致密度達(dá)到98%,0.25%GNP-C... 

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圖1.1分子水平混合法制備Cu/RGO納米復(fù)合材料的工藝原理圖[76]

西安建筑科技大學(xué)碩士學(xué)位論文11圖1.1分子水平混合法制備Cu/RGO納米復(fù)合材料的工藝原理圖[76]Fig.1.1SchematicoffabricationprocessofCu/RGOnanocompositesbyamolecularlevelmixingmethod(3)化學(xué)氣相沉積法(CVD)CVD生長(zhǎng)過(guò)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(dòng)。碳?xì)浠衔锖蜌錃獾姆謮嚎梢酝ㄟ^(guò)總室壓或加入惰性稀釋氣體來(lái)進(jìn)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(gè)反應(yīng)室(熱壁CVD)。在熱壁反應(yīng)器中，氣室的溫度升高會(huì)刺激氣相反應(yīng)，使氣體成分趨向于熱力學(xué)平衡[77]。此方法可以較好地保護(hù)石墨烯的結(jié)構(gòu)，Chen[78]等人將納米銅粉作為模板，采用化學(xué)氣相沉積法制備了具有原位生長(zhǎng)3D石墨烯結(jié)構(gòu)的石墨烯/銅基復(fù)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(guò)程中成為位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的有效障礙。圖1.2原位生長(zhǎng)3D-GN的形成過(guò)程示意圖[78]Fig.1.2Schematicdiagramoftheformationprocessofin-situgrown3D-GN(4)層層自組裝層層自組裝技術(shù)是將石墨烯分散在幾層金屬薄膜之間，形成一層層的復(fù)合層狀結(jié)構(gòu)，用來(lái)制備納米層復(fù)合物。Kim[79]等人將銅和單層石墨烯交替層組成，重復(fù)層間距為70nm制備納米層復(fù)合物，石墨烯-銅層具有1.5GPa的超高強(qiáng)度。此方法雖能防止在石墨烯結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，并有效阻止位錯(cuò)在整個(gè)金屬-石墨烯界面上的擴(kuò)展，但整體制備過(guò)程消耗時(shí)間較長(zhǎng)。

固或鑄造。但由于石墨烯和金屬性能之間的巨大差異，導(dǎo)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(yù)成型坯中，主要用于制備由于不溶性而無(wú)法通過(guò)其他方法獲得的材料，可以通過(guò)向石墨烯中添加有機(jī)粘結(jié)劑壓制燒結(jié)，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(jìn)行，也可在無(wú)壓力下進(jìn)行，即通常所說(shuō)的無(wú)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(yù)成型坯。Dong[43]等人采用機(jī)械合金和無(wú)壓滲透燒結(jié)工藝制備了石墨烯/W70Cu30復(fù)合材料(圖1.3)。制備的復(fù)合粉末壓制成圓柱棒狀，在超過(guò)銅熔點(diǎn)的1350℃的溫度下，將生坯放在管式爐中通過(guò)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(guò)粒子重排進(jìn)行燒結(jié)。金屬滲透方法對(duì)于獲得具有均勻分布的石墨烯/W70Cu30復(fù)合材料非常有效。但該方法也存在不足之處，在高溫?zé)Y(jié)期間會(huì)嚴(yán)重破壞石墨烯的結(jié)構(gòu)。圖1.3石墨烯/W70Cu30復(fù)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(duì)較新的技術(shù)，其中復(fù)合粉末在低溫下被加速到很高的速度時(shí)撞擊在基材上。顆粒在撞擊表面時(shí)處于固體狀態(tài)，并發(fā)生嚴(yán)重的塑性變形。碰撞時(shí)產(chǎn)生的高動(dòng)能保證了顆粒在基體上的良好附著力。由于該過(guò)程的溫度低于熔點(diǎn)，可以避免氧化和相變[81]。


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