高石墨含量鳞片石墨/铜复合材料的微观结构和性能

通过真空热压烧结制备出高石墨含量的鳞片石墨/铜复合材料。研究了高石墨含量对鳞片石墨/铜复合材料微观结构和性能的影响。结果表明,随着石墨体积分数的增加(72.08 vol.%~93.34 vol.%),复合材料的密度降低(4.07~2.63 g cm^-3);电导率降低(14.71%~2.45%国际退火铜标准);面向热导率先增加后降低,在石墨体积分数为82.6%时,面向热导率达到最大值为663.73 W m^-1K^-1;面向热膨胀系数降低(6.6×10^-6~2.2×10^-6K^-1);抗弯强度降低(42.48~14.63 MPa),抗压强度降低(45.75~20.46 MPa)。鳞片石墨在复合材料中高度取向排列,分布均匀。并对预测复合材料的热导率模型进行修正,发现测量结果和模型预测结果相吻合。

鳞片石墨/铝复合材料的力学性能研究

为研究石墨体积分数对复合材料显微组织、力学性能的影响规律,采用真空热压烧结技术制备不同石墨体积分数的石墨/铝复合材料,并对其进行性能测试。结果表明:石墨片在复合材料中分布均匀、取向高度集中;随着石墨体积分数的增加,复合材料的硬度从4501 HV降低至3564 HV,拉伸强度从150 MPa降低至5 MPa,抗弯强度从19212 MPa降低至2504 MPa;通过拉伸和弯曲试件的断口形貌观察发现,随着石墨片体积分数的增多,鳞片石墨/铝复合材料的断裂由韧性和脆性混合断裂转变为完全脆性断裂。随着石墨体积分数的增加,鳞片石墨在压力作用下聚集并相互挤压,导致鳞片石墨/铝复合材料的力学性能下降。

制备工艺参量对超大颗粒石墨/铜基复合材料基本性能的影响

添加超大石墨颗粒来提高铜的润滑性能具有制备操作简便、工艺成本低等优点。文章在研制超大粒度石墨颗粒作为功能相的铜基复合材料基础上,探讨制备工艺参量对该复合材料热导率、压缩强度和摩擦系数等基本性能的影响。研究发现,该复合制品的热导率明显大于采用等质量的较小粒度石墨原料的复合制品;石墨含量越多,颗粒越小,铜/石墨复合样品的热导率就越低。结果表明,该复合制品的规定非比例压缩强度和抗压强度均明显高于采用较小石墨颗粒的复合制品,其力学性能主要与石墨颗粒大小和添加量有关。在本工作的粒度范围(120~1500μm)和含量范围(5%~15%)内,石墨颗粒越大,含量越少,其复合制品的力学强度就越好。研究还表明:该复合制品的摩擦系数与采用等质量的较小粒度石墨原料的复合制品基本相当;对于摩擦性能,本工作中的石墨含量以10%为佳,粒度以32目即约为720μm为佳。

石墨烯化学镀铜对放电等离子烧结石墨烯增强铝基复合材料组织和性能的影响

通过化学镀方法得到镀铜石墨烯粉末,再通过静电自组装方法将镀铜石墨烯粉末与铝粉混合,然后经放电等离子烧结工艺制备镀铜石墨烯增强铝基复合材料,研究了不同质量分数(0.1%,0.2%,0.3%,0.4%,0.5%)镀铜石墨烯增强铝基复合材料的微观结构和性能,并与质量分数0.1%未镀铜石墨烯增强铝基复合材料进行对比。结果表明:镀铜石墨烯在复合材料中分散均匀,复合材料的相对密度均在99%以上;铝和铜发生反应生成了中间相Al_(2)Cu,但未有Al_(4)C_(3)界面相生成;镀铜石墨烯增强铝基复合材料的硬度和耐磨性能均优于未镀铜石墨烯增强铝基复合材料;随着镀铜石墨烯含量的增加,复合材料的硬度先升高后降低,磨损质量损失和摩擦因数均呈先减小后增加的趋势。当镀铜石墨烯的质量分数为0.2%时,复合材料具有优异的综合性能,其硬度为74.7 HV,磨损质量损失和摩擦因数均最小,分别为0.0023 g和0.259,磨损机制为氧化磨损。

石墨烯增强铜基复合材料的制备及性能研究

以三维泡沫铜为基体,采用化学气相沉积得到石墨烯铜复合体,同时解决了石墨烯在铜基体中分散性和界面结合问题,再用铜粉填充泡沫铜孔隙,然后真空热压制备石墨烯增强铜基复合材料。探究了石墨烯对铜基体复合材料导电性及拉伸性能的增强效果。研究发现,石墨烯对铜基体性能有明显增强作用,在50 sccm甲烷通量下15 min时沉积的石墨烯性能增强效果最佳。热压制备的石墨烯增强铜基复合材料的导电性能达到86.2%IACS,抗拉强度提高到338 MPa,屈服强度也达到214 MPa。

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。

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。

金刚石/铜-硼复合材料界面结构及其对热导率和力学性能的影响

通过控制硼含量制备不同界面结构的金刚石/铜复合材料,研究复合材料的界面显微组织及其对热性能和力学性能的影响。结果表明,界面处形成微米级B4C齿状结构,该结构为界面结合提供冶金结合和机械啮合的双重作用。金刚石/铜-硼复合材料获得最高为695 W/(m·K)的热导率和535 MPa的弯曲强度。金刚石与B4C之间形成具有金刚石(111)//B4C (104)取向关系的半共格界面。微纳米级齿状结构可提高界面声子传输效率和界面结合强度。

石墨烯增强铜基复合材料强度及机理研究

为了提升金属基复合材料的力学性能,采用FSP(friction stir processing)方法制备铜/石墨烯复合材料,通过金属显微组织观察试验和力学试验对试样进行分析,探究搅拌工具转速和石墨烯添加量对复合材料微观组织特征、抗拉强度的影响规律,并对复合材料的强化机理进行研究。结果表明,石墨烯对铜基体的作用主要体现在载荷传递和阻碍铜基体中的位错运动和晶界长大方面,随着石墨烯的引入,焊核区晶粒发生了明显细化;晶粒细化的原因是搅拌工具的机械搅拌作用和晶粒再结晶过程中石墨烯对晶粒长大产生了阻碍作用;与母材相比,铜/石墨烯复合材料的抗拉强度提升了5%,最高可达277.49 MPa。因此,采用FSP方法可制备性能良好、石墨烯分布均匀的铜/石墨烯复合材料,新方法有效提升了铜合金材料的力学性能,可为复合材料的广泛应用提供理论基础和技术参考。

载流摩擦用铜-碳复合材料研究现状及展望

铜-碳(碳材料主要包括石墨、碳纤维、碳纳米管、石墨烯等)复合材料因其优异的导电性、导热性和润滑等性能,广泛应用在航天航空、轨道交通、电力电子、武器装备等领域的载流摩擦副中。随着载流摩擦副服役条件越来越苛刻,对铜-碳复合材料的使用性能要求越来越高。介绍铜-碳复合材料的种类和组成,指出铜-碳复合材料存在的问题如强度较低、铜基体与碳材料增强相之间不润湿等,综述铜-碳复合材料的界面改善、制备方法等,并对铜-碳复合材料的发展方向进行展望。

梯度层对铜基复合材料摩擦学性能的影响

采用粉末冶金方法制备均质石墨−铜复合材料(10%C/Cu,质量分数)和2层梯度石墨−铜复合材料(7%C/Cu-10%C/Cu),研究梯度层对石墨−铜复合材料物理性能和摩擦学性能的影响,并对其摩擦磨损机制进行分析。研究结果表明:梯度复合材料的致密度和导电性相比于均质复合材料都得到了显著提升。在法向载荷为24、26和30 N时,梯度复合材料的磨损率相比于均质复合材料分别降低了8.24%、12.10%和11.30%;梯度材料和均质材料的平均摩擦因数和磨损率均随载荷的增加而升高;梯度复合材料的磨痕深度、宽度和材料挤出高度都比均质复合材料的小,且均随载荷的增加而增大。2种复合材料的磨损机制主要以磨粒磨损为主,氧化磨损和黏着磨损为辅。

钨渗铜复合材料热锻处理及组织性能研究

【目的】解决钨渗铜复合材料中钨晶粒的异常生长和气孔等缺陷,提高钨铜合金的力学性能。【方法】对钨渗铜材料进行了热锻(HF)处理,研究了热锻处理对合金组织性能的影响。【结果】结果表明,热锻后钨渗铜复合材料孔隙减少,钨相和铜相的分布更加均匀,W-W邻接度降低,硬度由298 HV提升至338 HV,摩擦磨损系数由0.45降低至0.28。热锻温度为700℃时,钨渗铜复合材料拉伸性能最优,其室温抗拉性能度增长48.06%,高温抗拉强度显著提升。【结论】热锻能有效改善钨渗铜材料的组织,提高其力学性能。

真空状态不同爆轰工艺下铜钢复合材料界面组织和性能研究

【目的】对热交换领域、电力领域中铜基复合材料在应用过程中出现的高温变形、界面金属间化合物、产品性能不稳定等难点问题进行研究。【方法】在真空状态中,采用不同爆轰工艺对TU1紫铜和Q345R钢进行爆炸复合试验,并对复合材料的金相组织和力学性能进行测试和分析。【结果】由试验结果可知,随着爆轰速度的增大,界面波纹深度也会随之增加。复合材料(Z向)分离强度的平均值为483 MPa、界面剪切强度的平均值为238 MPa、显微硬度的最大值为196 HV,即距界面位置越远,越趋近于本体材料。当爆轰速度为2200 m/s时,断口处出现铜侧粘连现象。【结论】复合材料的各项性能指标均优于组成该复合材料的本体金属,界面处均呈正弦波状结合形态。从界面向本体金属方向来看,晶粒组织呈现出多样化晶体转变的特征。通过进一步对结合界面进行分析,发现该界面未出现氧化物/氮化物等有害物质。

金刚石/铜复合材料的制备方法及应用现状

随着高新电子科技的不断发展,电子器件芯片功率不断增长,对散热材料性能的要求也不断提高。金刚石/铜复合材料作为优异的散热材料之一,具有密度低、热导率高及热膨胀系数可调等优点,有望解决未来高热流密度电子器件的封装和散热难题。然而金刚石与铜的界面润湿性差,导致金刚石/铜复合材料的实际热导率远低于理论值,因此解决复合材料界面问题是制备高导热性能的关键所在。目前除了基体合金化与金刚石表面金属化等方法在复合材料界面引入改性元素来改善其润湿性外,采用先进的制备技术同样很关键,这将决定着复合材料能否获得高导热性能与稳定界面结构的重要环节。为了制备出更高导热性能的金刚石/铜复合材料,综述了近年来金刚石/铜复合材料的制备方法及应用现状,主要针对粉末冶金法、放电等离子烧结法、高温高压法、冷喷涂法、熔渗法、热锻造法、电沉积法等方法的制备原理、工艺流程及优缺点进行了简要概述,并对单粒径金刚石/铜复合材料不同制备方法工艺、性能、成本及使用频率进行了总结与详细分析。

Nb元素对铜-金刚石复合材料界面改性的研究

采用粉末冶金法制备铜/金刚石复合材料,研究不同含量活性元素Nb对铜界面改性的影响机制以及对铜/金刚石复合材料的热导率的影响,利用XRD、SEM、EDS和导热系数测定仪分析复合材料的界面和热导率。结果表明,随着Nb含量的添加,能够在烧结过程中形成碳化物界面层,铜和金刚石界面缺陷逐渐减少,界面结合逐渐转好。在1%的含量时,复合材料的热导率达到370.3 W/(m·K),相比纯铜/金刚石复合材料提高1.34倍,但当含量超过1 vol.%,碳化铌中间层变厚,由于碳化铌自身热导率较低,导致复合材料的热导率降低。

树脂包覆石墨/铜复合材料的高温和载流摩擦磨损性能

以酚醛树脂粉末、石墨粉、镀铜石墨粉和电解铜粉为原料,采用冷压−加压烧结工艺分别制备树脂包覆石墨/铜和镀铜石墨/铜复合材料,研究两种石墨/铜复合材料的室温、高温以及载流条件下的摩擦磨损性能,并与国外Roland接地电刷进行对比;结合高温(200~600℃)下铜基体晶体结构与材料导电和力学性能的变化规律,分析树脂持续分解对复合材料导电、力学和摩擦磨损性能的影响规律。结果表明:树脂包覆石墨/铜复合材料的高温力学性能优于镀铜石墨/铜复合材料,环境温度达到600℃时,树脂包覆石墨/铜复合材料的剪切强度仅降低6%,而镀铜石墨/铜复合材料的降幅达到24%。树脂包覆石墨/铜复合材料的高温(250℃)耐磨性和摩擦稳定性远优于镀铜石墨/铜复合材料和Roland电刷,载流摩擦因数低于Roland电刷。石墨的树脂包覆能改善铜基复合材料的高温和载流摩擦磨损性能,由于树脂层的保护,石墨即使在高温和载流条件下,也能形成连续完整且稳定的润滑膜,减少摩擦接触的微间隙;摩擦时炭化的树脂破碎成细小硬质颗粒,阻碍材料与对磨盘的黏着磨损;高温下铜基体软化不明显,可减少电弧的发生。

钨铜复合材料制备工艺研究

分别采用直接机械合金化法及氧化物共还原法制备了W-10Cu和W-20Cu复合材料,研究了钨粉粒度、烧结温度和保温时间对钨铜合金显微组织、致密度和电导率的影响。结果表明:随着W粉粒度的增大,直接机械合金化法制备的钨铜合金组织中W晶粒逐渐增大,致密度逐渐降低,电导率逐渐增大。在相同烧结条件下,氧化物共还原法较直接机械合金化法制备的钨铜合金组织中W晶粒尺寸细小,分布均匀,致密度和电导率更高。随着烧结温度的升高,钨铜合金组织中W晶粒尺寸逐渐增大,致密度和电导率逐渐增加。当烧结温度由1500℃增加至1600℃时,氧化物共还原法制备的W-10Cu合金中W平均晶粒尺寸由2.1μm增加至3.6μm,致密度由98.2%增加至98.5%,电导率由39.3%IACS增加至39.8%IACS;W-20Cu合金中W平均晶粒尺寸由2.3μm增加至3.5μm,致密度由98.4%增加至99.2%,电导率由40.8%IACS增加至41.6%IACS。此外,钨铜合金组织中W晶粒尺寸随着保温时间的增加而逐渐增大。

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。

铜复合金属材料抗菌特性试验研究

文章将大肠埃希氏菌作为试验菌种,采用平板计数法评价铜及铜复合金属材料的抗菌性能。试验中,将适宜稀释度的菌悬液分别滴加在空白样本(聚乙烯片)和实验样本(白铜片、磷铜片和铍青铜片)上接触培养一段时间,洗脱后将洗脱液涂布于平板上进行培养,并进行菌落计数,以研究铜合金材料的抗菌特性,探索铜合金抗菌材料在诸多领域的深入应用。结果表明,接触白铜、磷铜、铍青铜3种材料24 h,稀释10~5倍的菌液培养24 h后基本无菌落生长。试验结果显示,铜合金材料的平均抗菌率R≥99%,且材料中起主要抗菌作用的成分是铜。铜合金材料的抗菌率与纯铜材料的抗菌率相近,且结果均符合Ⅰ级抗细菌率标准,所以判断这三类铜合金材料均具有强抗菌效果。

铜/石墨复合材料热变形行为研究

通过Gleeble-3500热模拟试验机对铜/石墨复合材料进行热压缩试验,研究变形温度为700~850℃、应变速率为0.001~1.000 s^(-1)时该复合材料的热变行为。通过光学显微镜研究复合材料显微组织的演变,根据实验数据构建该复合材料的本构方程和热加工图。使用ZenerHollomon参数模型对该复合材料的流变应力进行研究。研究发现,铜/石墨复合材料的流变应力随着应变温度的升高而降低,随应变速度的增大而增大。计算得出该复合材料的热变形激活能为463.02 kJ/mol,表明材料具有良好的成形能力。通过构建的本构方程验证了最大应力的吻合性,发现计算值和试验值的误差在9.5%以内,说明该方程对复合材料的流变行为具有指导作用。热加工图表明了该复合材料的适宜加工温度为780~820℃,变形速率为0.050~0.100 s^(-1);变形温度为830~850℃时,变形速率约为0.001 s^(-1)。