基于分子动力学模拟的铜-石墨烯复合材料耐烧蚀性能提升方法

直线推进机构的轨道因滑动电弧烧蚀严重易导致发射失败,研究新的耐烧蚀金属材料是提高发射效率的关键,目前鲜有性能优异的铜-石墨烯复合材料(CuGr)在极端工况下滑动电弧烧蚀的研究。该文对石墨烯层叠式分布CuGr模型进行分子动力学模拟,揭示模拟烧蚀中模型表层温度和材料微观结构的演变规律,并提出石墨烯在材料中合适的掺杂方式。结果表明:石墨烯质量分数越高,层数越少,CuGr导热性能越好。石墨烯能有效的减少轰击最大侵入距离。基体中石墨烯也可阻挡位错深入,不引起反尺寸效应时石墨烯层数越多,质量分数越大,应变残留深度越小。石墨烯可以降低最终侵蚀坑的深度和减少基体材料的质量损失,CuGr模型的侵蚀坑深度类似,质量损失方面各模型相差较小但随着层数增加呈现减小趋势,且都优于Cu模型。综合对比模拟结果,效果最优的是石墨烯6层分布Cu Gr1%。上述结果可揭示铜-石墨烯复合材料耐烧蚀作用规律和微观机理,为制备耐烧蚀性能更高的CuGr材料提供理论依据和技术支持。

CVD合成三维石墨烯-铜复合材料及其超高导电性(英文)

石墨烯-铜复合材料具有广阔的应用前景。然而,具有超高导电性的石墨烯-铜复合材料仍未成功开发和应用。本研究利用铜粉烧结内部形成三维微孔,并通过化学气相沉积(CVD)法合成石墨烯-铜异质结构。将其挤压成直径为4 mm的铜-石墨烯复合线材,测量了其在室温和高温下的电导率,获得了导电率(101.0%IACS)高于国际退火铜(100%IACS)的铜-石墨烯复合材料,且石墨烯-铜复合导线的高温载流量比纯铜线高5.45%。本研究为获得超高导电性铜基复合材料提供了新的思路。

一种新的自润滑铜-石墨-NbSe_2复合材料的合成及摩擦性能研究

研究了NbSe2的添加对铜-石墨固体自润滑材料的影响,采用粉末冶金法将制备的不同质量百分比含量的纤维状或片层状的纳米NbSe2材料与铜粉、石墨粉混合均匀,冷压制成小圆盘。采用光学显微镜,SEM(JSM-7001F扫描电子显微镜)等手段表征表面形貌。并在超低温摩擦磨损机和UMT-2摩擦试验仪上测试其摩擦性能。实验结果表明,两种NbSe2的加入使铜-石墨复合材料电阻率降低了近一半;常温常压下,添加了纤维状的NbSe2较片层状具有更好的摩擦学性能,在高载荷下甚至优于铜-石墨复合材料,在真空状态下,无论添加纤维状的还是片层状的NbSe2,复合材料的摩擦系数都远低于铜-石墨复合材料(M为0.257),并且两者在NbSe2添加质量百分比含量6%时达到最低,即铜-石墨-6%纤维状NbSe2为0.189,铜-石墨-6%片层状NbSe2为0.205。

电流密度对镀铜石墨-铜复合材料载流摩擦磨损性能的影响

本文基于MZL-200H型高速载流摩擦磨损试验机,研究了电流强度变化对镀铜石墨-铜复合材料摩擦学性能的影响规律,通过磨损表面分析,揭示复合材料的损伤机制。研究表明:采用化学镀可以有效改善石墨与铜基体的界面接触能力,表现出石墨相没有出现团聚现象,而是均匀分布在相互连通的连续铜基体中;复合材料的摩擦因数和磨损率相比纯铜有明显的降低,其中摩擦因数随电流的增加而降低,磨损率随电流的增加而升高;随着电流的增大,磨损表面出现大量的电弧烧蚀坑,且坑内还附着一层密集细小的熔融重凝的铜颗粒,磨痕的宽度和深度有明显的提升;复合材料的损伤机制主要以熔融和电弧侵蚀为主,同时伴随磨粒磨损,黏着磨损和氧化磨损。

镀铜导电陶瓷颗粒Ti_3SiC_2对铜-石墨复合材料性能的影响

采用超声波化学镀覆技术在导电陶瓷颗粒表面,可获得均匀、连续的镀铜层。用粉末冶金法将镀铜Ti3SiC2与铜、石墨制备成镀铜Ti3SiC2-铜-石墨复合材料,用金相显微镜和扫描电子显微镜观察和分析了复合材料的显微组织和断口形貌,并测试了它们的电阻率、硬度和抗弯强度。结果表明:随镀铜Ti3SiC2含量的增加镀铜Ti3SiC2-铜-石墨复合材料的导电性、硬度和抗弯强度显著提高,并且各项性能明显优于不镀铜Ti3SiC2-铜-石墨复合材料。

铜-石墨-WS2-碳纳米管复合材料的滑动电磨损机制

滑动电接触材料的功能是在设备的固定部件和运动部件之间传递电流,其在运行过程中受到机械载荷和电载荷的共同作用。铜-石墨复合材料因其优异的机械强度、良好的导电导热性能以及自润滑特性,常被用来制备电刷、受电弓滑板等滑动电接触元件。然而随着各类电机的高速高载化,传统铜-石墨复合材料已越来越无法满足需求。文章通过粉末冶金热压法在铜-石墨复合材料中掺杂WS2及碳纳米管制备铜-石墨-WS2-碳纳米管(Cu-G-WS2-CNTs)复合材料,在通电条件下对其滑动摩擦磨损性能进行研究并分析其滑动电磨损机制。结果表明:滑动电磨损过程中Cu-G-WS2-CNTs复合材料的摩擦系数和磨损率均低于铜-石墨复合材料,是由于石墨、WS2及碳纳米管三者间的协同润滑作用所致;电磨损表面形貌显示Cu-G-WS2-CNTs复合材料的滑动电磨损机制主要有磨粒磨损、粘着磨损、表面疲劳磨损以及氧化磨损。

碳纤维-中铜-石墨复合材料的摩擦磨损性能研究

对采用粉末冶金法制备的含不同质量分数的碳纤维－中铜－石墨复合材料，在滑动速度为１５ｍ／ｓ，载荷４．９Ｎ的条件下，分别进行了５０ｈ的不通电和通电干摩擦试验，并用扫描电镜对其磨损表面进行了观察分析．结果表明：在无电流干摩擦条件下，随碳纤维含量的增加，复合材料的摩擦系数和磨损量逐渐减小；而在电流密度为２０Ａ／ｃｍ２时，复合材料的摩擦系数比不通电时小，但磨损量比不通电时大３～７倍，磨损机理也有差别．

石墨表面镀铜对石墨-铜复合材料强度影响的研究

石墨与铜的界面结合及石墨在基体中的分布方式是影响石墨－铜基复合材料抗弯强度的重要因素。本文用镀铜石墨粉制备石墨－铜复合材料，并测定了材料的抗弯强度，对断口进行扫描分析。结果表明，石墨经镀铜处理后，使得石墨－铜复合材料抗弯曲强度显著提高。

镀铜石墨粉含量对铜-镀铜石墨复合材料组织与性能的影响

比较了用粉末冶金法制备的铜 -镀铜石墨复合材料的显微组织与部分性能。结果表明 ,随镀铜石墨含量的增加 ,铜 -镀铜石墨复合材料的密度和导电性降低 ,但其组织中石墨分布更均匀 ,并且铜有利于构成三维网状 ,使该复合材料具有更好的导电性。

压力对碳纤维-铜-石墨复合材料电磨损性能的影响

研究了在电磨损条件下 ,压力变化对复合材料磨损性能的影响。结果表明 :在纯机械磨损、电磨损条件下 ,复合材料的磨损量均随磨损时间线性增大 ;在纯机械磨损时 ,复合材料的磨损量与压力成正比 ,而在电磨损条件下 ,复合材料的电磨损量随压力的增加呈U形变化 ;复合材料的电磨损与极性有关 ,正刷的磨损量大于负刷。

碳纤维对中铜-石墨复合材料组织与性能的影响

采用传统的粉末冶金法制备了碳纤维－中铜－石墨复合材料，测试了该材料的体积密度、电阻率、硬度、抗压强度和摩擦磨损等性能。并用扫描电镜观察了该材料的显微组织、断口和磨面形貌，分析了碳纤维含量对该材料组织和性能的影响。结果表明碳纤维－中铜－石墨复合材料随碳纤维含量的增加，体积密度和电阻率变化很小，摩擦系数和磨损量明显减小，而洛氏硬度和抗压强度有所升高。

电铸制备铜-石墨复合材料的研究

在酸性硫酸铜溶液中采用电铸技术制备了铜石墨复合材料。表面活性剂、微粒浓度、电流密度和搅拌速度等工艺条件对微粒含量具有不同的影响。非离子表面活性剂对微粒共沉积具有较好的效果;随着微粒浓度增大,微粒含量也逐渐增大,最后趋于稳定值;电流密度增大使微粒含量降低;搅拌速度增大时微粒含量存在最大值。铜石墨复合材料的硬度和摩擦系数随着微粒含量增大而减小,但是磨损量先是减小而后增大。摩擦过程中纯铜发生粘着磨损,铜石墨复合材料却表现为剥层磨损。

电流密度对碳纤维-铜-石墨复合材料接触电压降的影响

研究了碳纤维 -铜 -石墨复合材料在电磨损条件下 ,电流密度的变化 (4～ 1 6A/cm2 )对复合材料接触电压降的影响。结果表明 ,碳纤维 -铜 -石墨复合材料电刷与换向器之间的接触电压降具有非线性特征 ,即电流密度在一定范围内变化对接触电压降影响不大 ;用扫描电子显微镜观察了磨面形貌 ,发现在电刷与换向器之间形成的润滑膜保证了接触电压降的稳定 ,改善了换向性能 ;对复合材料接触电压降的变化机理进行了初步探讨。

机械合金化制备铜碳合金增强铜-石墨复合材料

通过机械合金化制备Cu-5%C合金粉,并采用粉末冶金工艺制备铜碳合金增强铜-石墨复合材料即Cu-(Cu-5%C)-C,研究了制粉工艺和Cu-5%C合金粉对该复合材料显微组织及物理性能的影响。结果表明:随着球磨时间的增加,合金粉中铜的晶格常数先增大后减小,衍射峰强度不断降低,半高宽逐渐增大;球磨40h后合金粉中的石墨衍射峰消失,再经400℃退火3h则球磨产生的次生相Cu2O衍射峰消失,且石墨峰未复现。当石墨含量为4%,合金碳含量不超过1.5%时,Cu-(Cu-5%C)-C复合材料试样的电导率均达61%IACS以上;当合金碳含量为1.0%时,复合材料的屈服强度显著提高;当合金碳含量达到1.5%时,复合材料中的合金相严重分解,其增强效果大为减弱。

压力对碳纤维-铜-石墨复合材料接触电压降的影响

在电磨损条件下 ,研究了压力变化 (7 5～ 30N/cm2 )对碳纤维 铜 石墨复合材料接触电压降的影响 ,结果表明 ,电磨损初期 ,接触电压降随磨损时间的延长而增加 ;随着压力的增加 ,复合材料接触电压降下降 ,但压力超过一定值后 ,接触电压降变化不大。

镀铜二硼化钛-碳纤维增强铜-石墨基复合材料的性能研究

研究了在铜-石墨基复合材料中用镀铜TiB2和碳纤维取代一部分石墨后对复合材料密度、电阻率、硬度和抗弯强度的影响。结果表明:用2%的碳纤维取代部分石墨后,随着镀铜TiB2的含量增加到2%时,其复合材料的密度比原来提高2%,电导率提高31%,硬度提高26%,抗弯强度提高8%。

成分变化对铜-二硫化钼-石墨复合材料电磨损性能的影响

采用粉末冶金法在H2保护气氛下制备铜-二硫化钼-石墨复合材料,对其进行物相分析,并通过改变材料中MoS2与石墨的含量,研究成分变化对复合材料电磨损性能的影响。结果表明:石墨在烧结过程中不参与反应,而MoS2与基体反应生成新相。随着复合材料中MoS2含量的增加和石墨含量的降低,电刷与换向器之间的接触电压降上升,摩擦系数增大,石墨含量最低时磨损量值最大并且出现火花磨损现象。

短炭纤维对铜-石墨复合材料冲击值的影响

以高性能受电弓滑板为应用前景 ,研究了短炭纤维对铜 -石墨复合材料冲击性能的影响 .用粉末冶金法制备了短炭纤维增强铜 -石墨复合材料 ,分析了短炭纤维的含量、分布和取向对复合材料冲击值的影响 .结果表明 ,在纤维体积分数从 1 .5 %增大到 1 1 .5 %时 ,复合材料冲击值先增大后逐渐减小 ;纤维的分布和取向对复合材料的冲击值也有较大影响 .试验证明 ,短炭纤维对于提高铜 -石墨复合材料的冲击值非常有效 ,短炭纤维增强铜

二硫化钼含量对铜-石墨复合材料组织与性能的影响

用传统的粉末冶金法制备了二硫化钼 铜 石墨复合材料 ,对其电阻率、硬度和耐磨性进行了测试 ,并用金相显微镜和扫描电镜观察了该复合材料的显微组织和磨面形貌 ,分析了二硫化钼含量对该复合材料组织与性能的影响。结果表明 ,随二硫化钼含量的增加 ,该复合材料的电阻率降低 ,硬度升高 ,耐磨性有所增加 ;MoS2 的合理加入量为 4%。

干摩擦条件下铜-石墨复合材料与ZQAl9-4铝青铜的磨损图研究

考察了铜-石墨复合材料和商品ZQA l9-4铝青铜材料在干摩擦条件下的室温摩擦磨损性能,得出了两者的磨损图.结果表明：铜-石墨复合材料表现出优异的减摩性能;铜-石墨材料的磨损体系可以分为轻微磨损（磨损率小于1×10^-4mm^3/m）、中等磨损（1×10^-4～1×10^-3mm^3/m）和严重磨损（磨损率大于1×10^-3mm^3/m）3个区域,而ZQAl9-4铝青铜的磨损体系可分为轻微磨损、中等磨损和咬合3个区域;在载荷小于5 N,滑动速度处于0.005～0.05 m/s时,铜-石墨复合材料表现出比铝青铜更优异的耐磨性.