具有優(yōu)異的熱/電學(xué)性能和力學(xué)性能的碳納米管（Carbon nanotubes,CNTs）,是制備高性能銅基復(fù)合材料（Copper matrix composites,CMCs）的理想增強(qiáng)體。但CNTs因范德華力導(dǎo)致其易團(tuán)聚,很難在銅基體中均勻分布,并且與金屬銅界面潤(rùn)濕性差,限制了 CNTs強(qiáng)化效率的提升。針對(duì)這些問(wèn)題,本文提出向Cu-CNTs二元體系引入CuxO以改善Cu/CNTs界面潤(rùn)濕性的思路。實(shí)驗(yàn)采用溶液法預(yù)先原位合成CNTs-CuxO復(fù)合粉末,之后通過(guò)粉末冶金將其與Cu粉復(fù)合,分別制備了 Cu-CNTs、Cu-CNTs-CuxO復(fù)合材料,通過(guò)物相分析、微觀組織觀察、宏觀力學(xué)性能和電學(xué)性能的測(cè)試,分別研究了 CNTs和CuxO的體積分?jǐn)?shù)對(duì)CMCs性能的影響,并對(duì)其強(qiáng)化機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)闡述。針對(duì)Cu-CNTs體系的研究結(jié)果表明:通過(guò)低能球磨結(jié)合放電等離子燒結(jié)（Spark Plasma Sintering,SPS）的粉末冶金工藝,可以獲得致密性良好的純Cu和CMCs,CNTs在銅片層上均勻分布,而且在燒結(jié)及熱擠壓過(guò)程中出現(xiàn)了銅晶粒的擇優(yōu)取向。銅中加入1.0%CNTs,可在保持基體較高電... 

【文章來(lái)源】：西安理工大學(xué)陜西省

【文章頁(yè)數(shù)】：69 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

碳納米管的結(jié)構(gòu)示意圖

2實(shí)驗(yàn)方法及設(shè)備11向Cu-CNTs二元體系中引入第三相氧化物CuxO。通過(guò)對(duì)材料宏觀力學(xué)性能的測(cè)試、相組成和顯微組織的表征，分析不同條件下CMCs的失效原因并優(yōu)化工藝參數(shù)�；谝陨显O(shè)計(jì)思路，本研究制訂了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)方案，具體分為以下兩個(gè)部分，其中，復(fù)合材料制備及其相關(guān)性能分析的工藝流程如圖2-1所示。圖2-1實(shí)驗(yàn)流程圖Fig.2-1Experimentalflowchart（1）為了確定CNTs含量對(duì)CMCs力學(xué)性能和微觀組織的影響，首先以Cu-CNTs二元體系為研究對(duì)象進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和開展實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)將CNTs含量設(shè)定為0、0.5、1.0、1.5vol.%，采用低能球磨均勻混合Cu粉和CNTs，后將混合粉末預(yù)壓、SPS燒結(jié)成型獲得塊體材料，之后，通過(guò)熱擠壓工藝將燒結(jié)塊體制成棒狀材料，直徑7mm，以測(cè)試材料的力學(xué)性能并觀察擠壓后的顯微組織。（2）本研究的第二部分是Cu-CNTs-CuxO體系復(fù)合材料的制備與性能分析。該復(fù)合材料的制備主要包括：溶液法制備CNTs-CuxO復(fù)合粉末、與Cu粉混合、預(yù)壓制、SPS燒結(jié)成型、熱擠壓等幾個(gè)過(guò)程。針對(duì)前文提到的CNTs在銅基體中難分散以及與基體潤(rùn)濕性差等問(wèn)題，在制備復(fù)合材料之前，預(yù)先改性CNTs表面，利用溶液法原位合成內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)的CNTs-CuxO復(fù)合粉末，后通過(guò)粉末冶金工藝將CNTs-CuxO復(fù)合粉末與Cu粉復(fù)合，獲得Cu-CNTs-CuxO復(fù)合材料。通過(guò)與銅粉的均勻接觸形成化學(xué)鍵合，利用內(nèi)嵌結(jié)構(gòu)，來(lái)改善Cu/CNTs界面潤(rùn)濕性，增強(qiáng)界面結(jié)合能力，獲得材料強(qiáng)度的提升。同時(shí)，通過(guò)改變?nèi)芤悍ㄟ^(guò)程中生成CuxO的反應(yīng)物的量進(jìn)而調(diào)控CuxO在Cu-CNTs復(fù)合界面中的含量，來(lái)研究

2實(shí)驗(yàn)方法及設(shè)備13圖2-2（a）SPS燒結(jié)系統(tǒng)[63];（b）SPS燒結(jié)原理圖[19,64]Fig.2-2(a)SPSsinteringsystem[63];(b)SPSSinteringschematics[19,64]2.4.4熱擠壓粉末經(jīng)過(guò)SPS系統(tǒng)燒結(jié)成ф30mm×30mm的圓柱試樣后需進(jìn)行熱擠壓處理，以進(jìn)一步提高復(fù)合材料的致密度、CNTs的分散性并細(xì)化組織[19,65]，經(jīng)熱擠壓處理后的樣品便于制成拉伸試樣以測(cè)試其力學(xué)性能。本實(shí)驗(yàn)采用300噸的四柱立式擠壓機(jī)，進(jìn)行正向擠壓。擠壓前，需將擠壓模具置于擠壓機(jī)中同步預(yù)熱至400℃，將直徑30mm的試樣置于800℃的KSW電爐溫度控制器中保溫20min。保溫結(jié)束后，迅速將試樣放入孔徑ф7mm的鋼模具中進(jìn)行擠壓，擠壓比為18:1，擠壓速度為3mm/s，最終獲得直徑7mm的棒材。熱擠壓全過(guò)程需使用石墨與二硫化鉬的混合物作為潤(rùn)滑劑來(lái)減小擠壓塊體與模套的摩擦，保證熱擠壓過(guò)程和后續(xù)棒材脫模的順利進(jìn)行。對(duì)比試樣以相同工藝參數(shù)制備。2.5材料性能測(cè)試方法2.5.1致密度測(cè)試致密度是評(píng)估復(fù)合材料燒結(jié)質(zhì)量的重要指標(biāo)，復(fù)合材料致密度的大小是影響力學(xué)性能和傳導(dǎo)性能的關(guān)鍵因素[66]。致密度與混合粉末經(jīng)燒結(jié)后的致密化程度相對(duì)應(yīng)，可通過(guò)公式（2-1）計(jì)算得到。=×100%（2-1）式中：——相對(duì)密度（致密度）；——實(shí)際密度，單位g/cm3；——理論密度，單位g/cm3。根據(jù)阿基米德排水法原理，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)電子天平測(cè)得試樣在空氣中的質(zhì)量0，之后，將試樣置于浸入水中的托盤上以測(cè)得其在水中的質(zhì)量1，按照公式（2-2）計(jì)算得出試樣的實(shí)際密度：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3453149