Cu掺杂P2型Na_(0.67)Ni_(0.33)Mn_(0.67)O_(2)钠离子电池正极材料的制备与性能

通过溶胶-凝胶法制备了一系列形貌规则、表面光滑的Cu掺杂层状P2型Na_(0.67)Ni_(0.33-x)Cu_(x)Mn_(0.67)O_(2)(x=0、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25)。采用SEM、XRD、EDS、XPS对材料进行了形貌、结构和成分表征。将材料用作钠离子电池正极材料,采用循环伏安法、恒流充放电法研究了其电化学性能,获得了最佳掺杂比例。研究发现,掺杂未改变材料的层状结构和形貌,通过Cu掺杂引入了高电化学活性的Cu^(2+)作为取代基,增加材料的表面活性储钠位点,材料表现出良好的循环稳定性和倍率性能。在2.0~4.3 V的电压范围和0.1 C的倍率下,Cu掺杂比例x=0.15时Na_(0.67)Ni_(0.18)Cu_(0.15)Mn_(0.67)O_(2)的初始放电比容量为126.74 mAh/g,100次循环后容量保持率为79.10%,与未掺杂材料相比提高了50.92%。材料电化学性能的增强可归因于Cu^(2+)插入过渡金属层,由于Cu^(2+)(0.73A)的半径大于Ni^(2+)(0.69A),过渡金属层间距扩大,为Na+扩散提供了通道,进而提高了Na+扩散速率。当充电到高压时可抑制Na+脱/嵌过程中Na^(+)空位的产生,从而稳定材料的晶体结构并抑制材料发生P2-O2相变,提高了材料的循环稳定性。

La_(2)O_(3)掺杂Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的制备与性能

铜合金作为热管理材料长期服役时,会出现冷-热循环条件下的结构性失效问题,因此考虑将具有低膨胀系数的MAX相材料引入到铜合金中,来降低复合材料的热膨胀性。Ti_(3)SiC_(2)是一种兼具陶瓷和金属的优良特性的三元层状陶瓷材料,具有自润滑、高韧性、高导电性等特点。作为增强相,Ti_(3)SiC_(2)能够提高Cu基复合材料的摩擦性能,降低复合材料的热膨胀系数,因此被应广泛用于电子封装材料、热管理材料等领域。本文将稀土氧化物La_(2)O_(3)引入到Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料中,研究了La_(2)O_(3)掺杂含量对Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料物相组成、表面形貌、显微硬度和摩擦因数等的影响。研究发现,利用热压烧结技术能够获得致密度较高的Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料,相对密度在98.5%以上。适量掺杂La_(2)O_(3)后,Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的显微硬度有所增加,能够实现Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的弥散强化。随着La_(2)O_(3)掺杂量增加,Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的摩擦因数呈现出先降低后增加的趋势。在Cu基复合材料中添加Ti_(3)SiC_(2),能够起到润滑的作用,有利于降低摩擦因数。本研究可为Ti_(3)SiC_(2)/Cu复合材料的工程应用提供试验依据。

层厚比对Cu-TiB2/Cu层状复合材料微观组织和力学性能的影响

铜基复合材料由于优异的综合性能在电子封装、电接触等领域具有重要应用价值。然而,克服材料的强-塑性倒置关系一直面临着极大的挑战,层状构型设计被认为是解决该倒置难题的有效策略。本文采用粉末冶金并结合原位反应法,通过控制铺粉工艺,制备出Cu层与TiB2/Cu复合层交叠分布的Cu-TiB2/Cu层状复合材料。研究了Cu-TiB2/Cu层状复合材料的力学性能及断裂特征,并讨论了层状结构参数对材料综合性能的影响。当Cu层与TiB2/Cu复合层的层厚比为1∶3时,Cu-TiB2/Cu层状复合材料的极限抗拉强度(UTS)为315 MPa,断裂伸长率为18%,实现了良好的强塑性匹配。基于复合材料裂纹扩展路径表征与分析,揭示了层状构型设计在抑制裂纹扩展、促使裂纹偏转等方面的作用机制,为高强韧铜基复合材料的构型设计和性能优化提供新思路。

退役Cu(InGa)Se_(2)光伏层压件封装材料热解物理场模拟及温度优化

在氮气氛围下,研究了不同热解温度时退役Cu(InGa)Se_(2)光伏层压件封装材料的气态产物组成及各组分的生成行为。以节能降碳为控温依据,选取467℃为目标热解温度,并以438 oC和497℃为对照温度,进行建模分析和模型验证。通过热-流复合物理场模拟,优化调整后的实际目标、对照热解温度为490、465和525℃。可以发现,将目标热解温度467℃调整至490℃后可将平均温度误差由57.18℃减小至5.76℃,下降约89.93%。在490、465和525℃温度下,当热解温度进入200℃以上的高温区间时,平均误差分别仅为3.62、4.72和3.29℃。这表明所建立的模型在高温区间内具有良好的准确性和指示作用。

Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的制备及性能分析

以硝酸铜和硝酸铝为原材料,采用喷雾干燥-煅烧-氢还原工艺得到超细、Al_(2)O_(3)在铜基体中均匀弥散分布的Al_(2)O_(3)/Cu复合粉体;经热压烧结(HP)和模压成型-烧结-复压-复烧(MP)分别制备出不同Al_(2)O_(3)含量的Al_(2)O_(3)/Cu复合材料,实验对比两种方法制备出的样品的物相、微观结构、硬度和电导率。结果表明:两种工艺得到的复合材料均具有较高致密度,硬度随着氧化铝含量增加而增大,电导率随着氧化铝含量增加而减小。热压烧结(HP)工艺获得的材料维氏硬度(143.9 HV)比同工艺下纯铜的硬度值(74.2HV)提高了93.9%,电导率高于80.09%IACS;模压成型(MP)工艺制备的样品维氏硬度(136.8 HV)比相同工艺下纯铜的硬度值(42.3 HV)提高了223.4%,电导率维持在82.25%IACS以上。

Al_(2)O_(3)颗粒直径对1 vol%的Al_(2)O_(3)/Cu基复合材料组织和性能的影响

采用粉末冶金法+热压工艺制备了不同Al_(2)O_(3)颗粒直径的1 vol%Al_(2)O_(3)/Cu基复合材料,使用光学显微镜和扫描电镜(SEM)观察了复合材料的显微组织,利用电子拉伸试验机测试了复合材料的力学性能。基于弹/塑性理论推导出了复合材料中颗粒周边的弹性区宽度的表达式。结果表明:Al_(2)O_(3)颗粒直径对Al_(2)O_(3)/Cu基复合材料强度及基体晶粒尺寸有着较大的影响;Al_(2)O_(3)颗粒直径越大,Al_(2)O_(3)/Cu基复合材料的抗拉强度、屈服强度越小;当Al_(2)O_(3)颗粒直径为5μm时,Al_(2)O_(3)/Cu基复合材料的抗拉强度和屈服强度分别为207和90 MPa,是铜试样的95.8%和95.7%。

Al_(2)O_(3)/Cu多孔复合材料的微观形貌和压缩性能

采用高能球磨-粉末冶金法制备了Al_(2)O_(3)/Cu多孔复合材料(A-C-M)。首先利用高能球磨法将Cu粉和Al_(2)O_(3)粉末均匀细化,然后将Al_(2)O_(3)/Cu复合粉末与造孔剂尿素均匀混合后,再将混合粉末冷压成型,最后通过溶脱-烧结工艺制得A-C-M。采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对粉末原料和A-C-M的微观形貌进行表征分析,使用万能试验机对A-C-M进行压缩性能测试,探讨了尿素和Al_(2)O_(3)含量对A-C-M性能的影响。结果表明:高能球磨使Al_(2)O_(3)/Cu复合粉末的形貌由球状变为片状,复合粉末尺寸先减小后增大,在球磨4 h时获得最小平均粒径为25μm;A-C-M含有两种特征孔,100~300μm的大孔和1~10μm的微孔;随尿素含量的增加,孔的连通程度及复合材料的孔隙率逐渐增加,其压缩强度逐渐降低;随Al_(2)O_(3)含量的增加,A-C-M孔隙率逐渐增加,其压缩强度逐渐降低,当Al_(2)O_(3)含量为4 mass%时,A-C-M的压缩强度急剧下降。

不同Al_(2)O_(3)含量的Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的热变形行为

为探究Al2O3含量对Al2O3/Cu复合材料热变形行为的影响,采用内氧化法制备了3种Al2O3含量(0.28、0.66和1.13 mass%)的Al2O3/Cu复合材料,通过热模拟实验对其热变形行为进行了研究。结果表明:在823、923和1223 K时,随着Al2O3/Cu复合材料中Al2O3含量的增加,复合材料的峰值应力逐渐增大;显微组织观察发现,由于1.13 Al2O3/Cu复合材料内动态软化积累程度最大,导致其在1023和1123 K下出现了峰值应力下降现象。经热挤压后,在热变形过程中Al2O3/Cu复合材料的软化效果以动态回复为主。同时,发现0.28 Al2O3/Cu和0.66 Al2O3/Cu复合材料的热激活能相近,1.13 Al2O3/Cu复合材料的热激活能远高于前两者,并分别获得了不同Al2O3含量的Al2O3/Cu复合材料本构关系。采用动态材料模型(DMM)建立了Al2O3/Cu复合材料的热加工图,随着Al2O3含量的增加,热加工图中功率耗散系数η>0.3区域逐渐减小且向高温高应变速率方向移动;就失稳面积而言,0.66 Al2O3/Cu复合材料的失稳区域占比最小。

Ti_(2)AlC粉末粒径分布对TiC_(0.5)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料组织及性能的影响

通过不同时间的湿法球磨得到不同粒径分布的Ti_(2)AlC粉末,再与Cu_(2)O粉末和铜粉末混合,利用放电等离子烧结技术制备TiC_(0.5)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料,研究了Ti_(2)AlC粉末粒径分布对其组织和性能的影响。结果表明:随着Ti_(2)AlC粉末中亚微米级颗粒体积分数由0增加到70.27%,复合材料中增强相颗粒TiC_(0.5)和Al_(2)O_(3)在基体中分散更均匀,但是当亚微米级颗粒体积分数为98.07%时,增强相颗粒出现聚集现象;随着亚微米级颗粒体积分数的增加,复合材料的导电率与相对密度先减小后增大,硬度与屈服强度则先升后降,当亚微米级颗粒体积分数为70.27%时,复合材料综合性能最优异。

不同含量Ti_(3)AlC_(2)/Cu复合材料在不同条件下的摩擦学性能

以不同温度(1300,1350,1400℃)下无压烧结Ti_(3)AlC_(2)粉末以及铜粉末为原料,采用粉末冶金法制备Ti_(3)AlC_(2)/Cu复合材料,研究了不同Ti_(3)AlC_(2)含量(质量分数5%,10%,15%,20%)下复合材料在干摩擦条件以及蒸馏水和海水环境下的摩擦学性能。结果表明:无压烧结Ti_(3)AlC_(2)粉末的适宜温度为1350℃,此时Ti_(3)AlC_(2)质量分数为96%;随着Ti_(3)AlC_(2)含量的增加,复合材料的相对密度降低,硬度先升后降,当Ti_(3)AlC_(2)的质量分数为15%时,硬度最高,约为120 HV;在干摩擦条件下,随着Ti_(3)AlC_(2)含量的增加,复合材料的摩擦因数和磨损率均显著降低;复合材料在蒸馏水和海水环境中的磨损率均低于干摩擦条件下,在蒸馏水环境中的摩擦因数高于干摩擦条件,而在海水环境中的摩擦因数低于在蒸馏水环境且略高于干摩擦条件下。

ZrW_(2)O_(8)/Cu复合材料的制备与热膨胀性能分析

研究采用放电等离子烧结法在600℃的低温下制备了高致密的ZrW_(2)O_(8)/Cu复合材料及其功能梯度材料。XRD分析表明ZrW_(2)O_(8)/Cu复合材料结晶性良好没有不纯物质产生。SEM显示ZrW_(2)O_(8)/Cu功能梯度材料在不同体积分数界面处实现了成分和微观组织的梯度过渡。热机械分析表明不同体积分数的ZrW_(2)O_(8)/Cu复合材料的热膨胀曲线与使用混合定律和Turner模型的预测基本一致,而且测量的ZrW_(2)O_(8)/Cu复合材料的热膨胀系数通过增加铜的含量可以从-7.96×10^(-6)/℃(ZrW_(2)O_(8))变化到2.98×10^(-6)/℃(30 vol%ZrW_(2)O_(8)/70vol%Cu)再变为极大值的11.6×10^(-6)/℃(70vol%ZrW_(2)O_(8)/30 vol%Cu)。

W掺杂NbSe_2及其Cu基复合材料摩擦学性能研究

本文利用固相合成法制备W掺杂的NbSe2,且以Nb1-xWxSe2为固体润滑相,Cu为基体相,通过粉末冶金的方法制备出不同质量百分比含量的Nb1-xWxSe2/Cu基复合材料。利用XRD、SEM、TEM测试手段分析了样品中的相成分、微观形貌,采用电阻率检测仪、材料试验机和排水法测试块体样品的电阻率、硬度和密度,并用摩擦磨损试验机对其摩擦磨损性能进行评价。结果表明随着W掺杂量的增加,Nb1-xWxSe2的形貌由规则的微米六方片转变为纳米片和纳米带的混合,掺杂对电阻率影响不大。随着Nb1-xWxSe2添加量的增加,Nb1-xWxSe2/Cu基复合材料的电阻率缓慢升高,摩擦系数呈现不同规律变化。当Nb1-xWxSe2中W掺杂量x=0且其添加质量为10%时,NbSe2/Cu基复合材料体系拥有最佳摩擦磨损性能,摩擦系数为0.15,磨痕平滑且宽度较窄。当Nb1-xWxSe2中W掺杂量x=3%且Nb0.97W0.03Se2的添加质量为5%时,Nb0.97W0.03Se2/Cu基复合材料拥有最佳摩擦磨损性能,摩擦系数为0.17,磨痕更加平滑且磨痕浅。这是由于Nb0.97W0.03Se2中同时均匀存在纳米带和纳米片,它们互相缠绕在一起,在复合材料中纳米片起到润滑成膜的作用,纳米带类似于鸟巢中的草屑和树枝,起到了增强增韧的作用,促使材料的力学和摩擦学性能同时提高。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的再结晶行为

以Cu2O为氧化剂,采用Cu-Al合金粉末内氧化及后续的粉末冶金法制备了Al2O3/Cu复合材料。并将不同Al2O3含量的试样进行不同变形量的冷拔处理,在氮气保护下进行高温退火处理(700℃～1050℃,1h)。研究了硬度随退火温度的变化规律,观察了显微组织。结果表明:在铜基体中弥散分布着纳米级的Al2O3颗粒;经900℃,1h退火后Al2O3/Cu复合材料的硬度可保持室温的87%以上;其再结晶温度高达1000℃;变形量和Al2O3含量增加均使硬度提高,但对软化和再结晶温度影响不大。

制备工艺对Al_2O_3/Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响

以Al2O3颗粒为增强相,分别采用内氧化法和粉末冶金法制备了Al2O3/Cu复合材料,并在HST100型载流高速试验机上进行了载流摩擦磨损性能测试,研究了制备工艺对Al2O3/Cu复合材料载流摩擦性能的影响。结果表明,内氧化法制备的A12O3/Cu复合材料的导电率和硬度均高于粉末冶金法制备的A12O3/Cu复合材料,且内氧化法比粉末冶金法制备的Al2O3/Cu复合材料具有更低的磨损率和摩擦系数。微观组织观察表明,内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料内部Al2O3颗粒分布均匀,且Al2O3颗粒与铜基体的界面结合整齐致密无污染,这是内氧化法比粉末冶金法制备的Al2O3/Cu复合材料具有更优抗载流摩擦磨损性能的主要原因。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的载流摩擦磨损特性

采用内氧化法制备了Al2O3/Cu复合材料,研究了复合材料在载流条件下的摩擦磨损特性,并进行了微观组织结构分析。结果表明:采用内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料,在铜基体中弥散分布着纳米级的Al2O3颗粒;载流条件下,该复合材料的抗摩擦磨损性能显著优于铬青铜合金;电流较小时具有磨粒磨损和粘着磨损的共同特征,电流较大时以粘着磨损为主。在试验范围内,电流比载荷对磨损率的影响显著。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料

Al2O3/Cu复合材料不仅具有和纯铜一样优良的导电、导热性能,而且由于弥散强化的作用使其拥有高的硬度和强度,特别是优越的高温强度,从而使其成为越来越重要的工程材料之一。论述了Al2O3/Cu复合材料的强化机理及Cu-Al合金的内氧化机理,重点阐述丁内氧化过程中Al2O3颗粒的形核、长大和粗化,并采用内氧化法制备了性能优越的Al2O3/Cu复合材料。

TiC-TiB_2/Cu复合材料的自蔓延高温合成研究

采用SHS/PHIP工艺制备了TiC-TiB_2/Cu复合材料,通过实验研究了该系列复合材料的微观结构特征和力学性能。结果表明,TiC-TiB_2/Cu复合材料中只有TiC、TiB_2和Cu相存在;随着Cu含量的增加,燃烧温度下降,材料的颗粒尺寸变小;TiC-TiB_2/Cu复合材料的相对密度、抗弯强度和断裂韧性均随Cu含量的增加呈先增后减趋势,当Cu含量为20％时强度最高为580MPa,Cu含量为40％时韧性最高为8.1MPa·m^(1/2)。

交联累托石/Cu_2O纳米复合材料的制备及可见光催化性能

以醋酸铜为原料,交联累托石(CN-REC)为载体和模板,制备了CN-REC/Cu2O纳米复合材料.利用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、傅里叶变换红外(FTIR)光谱、紫外-可见漫反射光谱(UV-VisDRS)等技术对复合材料的形貌、表面结构、层间微结构、光响应性能进行了研究.结果表明:CN-REC对Cu2O的形貌具有较好的调控作用,Cu2O均匀分散负载于CN-REC的层间和片层表面;Cu2O和CN-REC通过Si―O―Cu键发生相互作用;复合材料的能带隙变宽、光响应能力增强.以卤素灯为可见光光源,活性艳红(X-3B)为目标污染物,研究了复合材料的可见光催化性能,结果表明,光催化反应过程符合L-H动力学模型,2h内浓度为160mg·L-1的X-3B去除效率可超过80%.

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的研究现状

综述了内氧化法制备Al2O3/Cu复合材料的研究现状,总结了内氧化法制备Al2O3/Cu复合材料的必备条件,对内氧化动力学和热力学进行了详细的阐述,并以Cu2O为氧源,采用内氧化法制备了Al2O3/Cu复合材料,验证了其优越的室温和高温性能;对以复合材料棒材为原料制备的点焊电极进行装机试验,结果表明其寿命为传统Cu-Cr-Zr电极的3～5倍;最后着重分析了内氧化法制备Al2O3/Cu复合材料发展过程中亟待解决的问题。

Al_2O_3La_2O_3Y_2O_3/Cu复合材料的电弧侵蚀特性研究

采用喷射沉积和内氧化法制备出Al2O3La2O3Y2O3/Cu复合材料,研究该材料在直流20 V/20 A的工作条件下触点的电弧侵蚀特性,并与Al2O3/Cu材料进行了对比分析.利用电子天平、扫描电镜等方法分析电弧侵蚀后触点的质量变化和表面微观结构.结果表明,通过添加Y2O3、La2O3稀土氧化物颗粒,可有效降低触头材料的材料转移量.Al2O3La2O3Y2O3/Cu材料的抗熔焊性和抗烧损性优于Al2O3/Cu材料的性能.在直流阻性负载条件下Al2O3La2O3Y2O3/Cu阳极触头表面形成凹坑,阴极触头表面形成凸起,触点表面显示出浆糊状凝固物和喷发坑等电弧侵蚀形貌特征.