CNTs/Cu复合超细粉末及其复合材料的制备

以硝酸铜和预处理碳纳米管(CNTs)为原料,采用喷雾干燥-煅烧-还原工艺获得超细CNTs/Cu复合粉体。将复合粉体分别利用模压成形(MP)和冷等静压成形(CIP)两种工艺分别制备出CNTs/Cu复合材料。比较两种工艺下得到的复合材料的致密度、硬度、导电率和导热性能。结果表明:喷雾干燥法制备的复合粉体纯度高,CNTs分散均匀。冷等静压成形优于模压工艺,冷等静压工艺制备的复合材料中CNTs含量为0.5%(质量分数)时,硬度和热导率分别达到105.24 HV和407.84W/(m·K)。     

反应烧结SiC制备SiC/B4C复合材料的研究

基于反应烧结SiC制备出相对密度较高的SiC/B4C复合材料,并探讨原料中C含量对SiC/B4C复合材料物相、显微结构、体积密度、力学性能的影响。结果表明,SiC/B4C复合材料的相组成为B4C、SiC、Si、B13C2和B12.97Si0.03C2。SiC/B4C复合材料的显微组织为:SiC相和B4C相均匀分布,游离Si填充在B4C相和SiC相的空隙处,且形成了连续相。随着原料中C含量的增加,复合材料的力学性能整体呈现先增加后降低的趋势。原料中C最佳添加量为10%(质量分数),对应SiC/B4C复合材料的维氏硬度、抗弯强度和断裂韧性分别为24.4GPa、361.3MPa和4.41MPa·m1/2,复合材料开口气孔率和体积密度分别为0.19%和2.58g/cm3。     

Ti3SiC2/HAp陶瓷复合材料力学性能研究

以Ti3SiC2(10%～50%,体积分数)和HAp粉为原料,采用等离子体放电烧结(SPS)方法,在外加应力60 MPa,烧结温度1200℃条件下,制备了Ti3SiC2/HAp陶瓷复合材料.研究了Ti3SiC2含量对复合材料的硬度、抗弯强度、断裂韧性等力学性能的影响.实验结果表明,随Ti3SiC2含量的变化,复合材料的强度和韧性均得到了提高和改善.分析认为,Ti3SiC2材料的微观结构特征和增韧机制起到了重要作用.     

SiC掺杂WC-10Ni硬质合金的真空烧结及性能

采用高能球磨和真空烧结技术制备了纳米SiC颗粒弥散增强WC-10Ni硬质合金复合材料,研究了SiC添加量和烧结温度对SiC掺杂WC-10Ni硬质合金复合材料显微组织和室温力学性能的影响。结果表明,采用真空烧结技术于1450和1500℃下烧结可获得烧结颗粒结合良好,致密度高达99.2%的WC-10Ni-SiC复合材料。SiC的添加不仅可以抑制WC晶粒的长大,起到细化晶粒的作用,还可促使WC晶粒烧结致密化。而且所获得的复合材料的维氏硬度随着SiC含量的增加而提高,最高达16.49GPa;断裂韧性和抗弯强度随着SiC添加量增加均呈现先升高后降低的趋势,当SiC添加量为0.5%时(质量分数,下同)可获得断裂韧性和抗弯强度分别为12.7MPa·m1/2和1126.1MPa的WC-10Ni-SiC硬质合金复合材料。     

热压烧结Ti/Al2O3复合材料物相分析及力学性能

采用热压烧结法制备Ti/Al2O3复合材料,研究不同Nb掺量对复合材料的物相及力学性能的影响。结果表明:Nb可以与Al2O3解离出的Al结合成为AlNb2或AlNb3,抑制Al向Ti中的扩散,改善了材料的界面反应,提高材料力学性能;随Nb含量的增加,复合材料的相对密度、弯曲强度、断裂韧性、显微硬度均呈先增大再减小的趋势,在Nb含量为1.5%(体积分数,下同)时,相对密度、断裂韧性、显微硬度均达到最大值,分别为98.97%、5.18MPa·m1/2和16.56GPa,抗弯强度在Nb的掺入量为2%时达到最大值307.17MPa。     

无压浸渗法制备SiC/Cu-Al复合材料的工艺研究

以Cu包裹SiC颗粒形成的SiC/Cu复合粉体为增强体,采用无压浸渗工艺制备含SiC为70%体积分数的SiC/Cu-Al复合材料。通过正交试验研究了制坯压力、浸渗温度和浸渗时间对浸渗深度的影响。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了复合材料的形貌和相结构。结果表明,在制坯压力10 MPa、浸渍温度850℃、浸渍时间3 h条件下,SiC/Cu-Al复合材料的组织均匀、致密度好、无明显气孔缺陷,其膨胀系数为6.932 3×10-6/℃。     

(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的组织及性能

采用微波烧结制备了(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料,研究了不同体积分数(SiC+B4C)p(0%、5%、10%、15%、20 vol%)对复合材料组织及性能的影响。结果表明:(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的组织主要由α-Mg、SiC、B4C、Mg17Al12和少量MgO等组成。随着(SiC+B4C)p含量的增加,(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的相对密度减小,显微硬度增加,而抗压强度先增后降,当(SiC+B4C)p含量为15%时达到最大值。15%(SiC+B4C)p/AZ91D复合材料的显微硬度和抗压强度分别达到196.16 HV0.025和326.3 MPa,相对于未添加(SiC+B4C)p的AZ91D材料分别提高了145%和120%。随着(SiC+B4C)p含量的增加,复合材料的耐磨性先提高后降低,磨痕由清晰的犁沟形貌逐渐模糊,磨损机制由磨粒磨损转变为剥层磨损。     

旋转摩擦挤压加工CNTs/Al复合材料的线材组织和性能EI北大核心CSCD

采用旋转摩擦挤压加工方法制备体积分数分别为0、3.8%、4.5%和5.3%(体积分数)的碳纳米管增强铝基复合材料线材,进行复合材料线材显微组织观察和力学、电学性能分析。结果表明:经旋转摩擦挤压后,复合材料线材的晶粒较搅拌摩擦加工试样有所拉长和长大,但仍为超细晶结构;复合材料线材中的碳纳米管沿着挤压方向呈取向排列均匀分布于铝基体中。随着碳纳米管体积分数的增加,复合材料线材的显微硬度、抗拉强度以及电阻率均逐渐增加,且均高于同CNTs体积分数的搅拌摩擦加工块体复合材料试样,但塑性有所降低。     

球磨法和搅拌铸造法制备SiCp/Al复合材料

用高能球磨法制备出SiC-Al复合粉体,再把复合粉体搅拌弥散到Al熔液中,浇铸制得0.5%、1.0%、1.5%质量分数,下同)SiCp/Al复合材料.制备出的复合材料与未经增强的铝材相比,其抗拉强度分别提高:46.8%、63.8%、34.0%,硬度分别提高:99.1%、116.1%、67.9%.在SiC添加质量分数相同的情况下,添加复合粉的浇铸体与直接添加SiC粉体的浇铸体相比,前者的抗拉强度和硬度高于后者,说明SiC粉和Al粉复合后更容易弥散到Al熔液中.     

α-SiCp/Cu复合材料的制备及其性能研究

采用化学镀铜工艺对SiC粉体进行了表面改性处理,然后烧结制备了α-SiCp/Cu复合材料,研究了SiC粉体含量对α-SiCp/Cu复合材料微观组织与硬度的影响。结果表明,通过化学镀铜工艺可实现SiC粉体的均匀包覆。随着SiC颗粒含量的增加,α-SiCp/Cu复合材料硬度和表面结合能力升高。     

碳纳米管增强铜基复合材料的制备、力学性能及电导率

以CNTs、电解Cu粉、Cu(CH_3COO)_2·H_2O为原料,采用混酸处理、分子水平法结合行星球磨两步混合工艺制备含0.5%～2%(质量分数)CNTs的Cu基复合粉末,然后通过放电等离子烧结技术制备了Cu-CNTs复合材料,探讨了制备工艺及CNTs含量对Cu-CNTs复合材料的组织、电导率和力学性能的影响规律。结果表明:当CNTs含量小于1.0%时,采用两步混粉工艺制备的Cu-CNTs复合粉体均匀性、分散性良好,经烧结后可获得致密度高、CNTs分布均匀的Cu-CNTs复合材料;当CNTs含量大于1.0%时,复合材料的致密度及CNTs分布均匀性明显降低;随CNTs含量的提高,复合材料的强度先升高后降低,塑性和电导率趋于降低;相对高能球磨、分子水平法等单一混粉工艺而言,两步法制备的Cu-1.0%CNTs复合材料综合性能更优,其电导率为51.7 MS/m(89.1%IACS),维氏硬度为1130 MPa,抗拉强度为279 MPa,断后伸长率为9.8%。     

不同工艺对SiC／Cu复合材料界面结合的影响

采用包裹法和机械合金法制备了SiC：Cu为20：80（体积比）的SiC／Cu复合材料。采用XRD，SEM及EDAX能谱对粉体和烧成样品的物相、断口显微形貌及断口物质成分进行了表征。结果表明：采用包裹法在制备复合粉体过程中出现Cu2O，其含量在烧结过程中减少，包裹法制备的烧成样品SiC颗粒和Cu结合成“核．壳”结构，两相分布比机械合金法更均匀，界面结合更好，强度更高。     

原位生长碳纳米管及其在SiC_f/SiC复合材料中的应用

采用碳纳米管改善纤维与基体间的界面结合,同时利用碳纳米管自身的优异性能对碳化硅纤维增强碳化硅复合材料(SiCf/SiC)进行二次增强。通过化学气相沉积工艺(CVD)在SiC纤维编织件内原位生长碳纳米管,优化碳纳米管原位生长过程中的碳源流量、反应温度和反应时间等工艺参数,对碳纳米管的原位生长工艺及机理进行系统分析,并结合先驱体浸渍裂解工艺(PIP)制备CNTs-SiCf/SiC复合材料,探讨原位生长碳纳米管的引入对复合材料力学性能的影响。结果表明,优化后的工艺参数如下:反应温度750℃,C2H2、H2和N2流量比1/1/3,C2H2流量100~150 mL/min,反应时间60 min;碳纳米管的引入使SiCf/SiC复合材料的弯曲强度、弯曲模量和断裂韧性分别提高了16.3%、90.4%和106.3%。     

Properties of copper/graphite/carbon nanotubes composite reinforced by carbon nanotubes

Electroless Cu plating was used for flake G powder and CNTs, Cu-G-CNTs (copper/graphite/carbon nanotubes) composites were manufactured by means of powder metallurgical method. The influences of CNTs on the mechanical properties, conductivity properties, friction, and wear performance of the composite were examined. The results indicate that adding a small amount of CNTs can improve comprehensive property of the composites, especially mechanical property. However, excessive CNT, which is easily winding reunion and grain boundary segregation, results in performances degradation.     

混杂增强(CNTs+TiB2)/Cu复合材料制备与性能

本文以碳纳米管（CNTs）和TiB2颗粒作为增强相,首先利用球磨、表面吸附和热压烧结相结合技术制备具有层叠结构的CNTs/Cu复合材料,改善了CNTs在铜基复合材料中易团聚问题。CNTs/Cu复合材料的致密度和导电率随CNTs含量增加而降低,抗拉强度和伸长率随CNTs含量增加先升高后降低,当含量为0.1 wt.%时综合性能最优,致密度、导电率和抗拉强度分别为97.57%、91.2 %IACS和252 MPa。而球磨后热压烧结的1 wt.% TiB2/Cu复合材料致密度、导电率和抗拉强度分别为97.61%、58.3 %IACS和436 MPa。在此基础上,将TiB2颗粒原位引入到具有层叠结构的CNTs/Cu复合材料,制备获得混杂增强(CNTs+TiB2)/Cu复合材料。相比单一CNTs（或TiB2）增强铜基复合材料,(CNTs+TiB2)/Cu复合材料的强度提升显著。其中,(0.1 wt.% CNTs+1 wt.% TiB2)/Cu复合材料的导电率和抗拉强度分别为56.4 %IACS和531 MPa,相比1 wt.% TiB2/Cu,其导电率仅降低3.3%,而抗拉强度则升高21.8%。这主要归因于片层间CNTs可起承担和传递载荷作用,同时片层间弥散分布的TiB2颗粒可以钉扎位错,两种强化机制共同作用使(CNTs+TiB2)/Cu复合材料的抗拉强度显著提升。     

Preparation and properties of Cu matrix composite reinforced by carbon nanotubes

Cu matrix composites reinforced by carbon nanotubes(CNTs) were prepared. The effect of carbon nanotubes on mechanical and tribological properties of the Cu matrix composites were investigated. The chemical method for coating CNTs was reported. The morphology of the fracture surfaces and worn surface were examined by SEM.The results show that Cu/coated-CNTs composites have higher hardness, much better wear resistance and antifriction properties than those of the reference Cu alloy (Cu-10Sn) and Cu/uncoated-CNTs composite sintered under the same conditions. The optimal mechanical properties of the composites occurred at 2. 25%(mass fraction) of CNTs. The excellent wear resistance and anti-friction properties are attributed to the fiber strengthening effect of CNTs and the effect of the spherical wear debris containing carbon nanotubes on the tribo-surface.     

热压烧结SiC/CCTO陶瓷电容器的工艺和性能

首先采用固相法合成CaCu_3Ti_4O_(12)(CCTO)粉体,与SiC粉体均匀混合后,采用真空热压制备了SiC/CCTO复合陶瓷电容器.采用DSC-TG技术分析了SiC/CCTO复合粉体的热行为,采用XRD、SEM等手段对样品进行表征,研究了SiC/CCTO复合陶瓷电容器的介电性能,并对其介电机理进行了探讨.结果发现,在950 ℃和 30 MPa的热压条件下制备出的 SiC/CCTO复合陶瓷电容器具有最高的介电常数ε_r≈3×10~8(1 kHz),分析认为其介电机理属于阻挡层机制,载流子在SiC与CCTO界面处聚积,形成空间电荷极化.     

Friction and wear properties of copper matrix composites reinforced by tungsten-coated carbon nanotubes

Carbon nanotubes (CNTs) were coated by tungsten layer using metal organic chemical vapor deposition process with tungsten hexacarbonyl as a precursor. The W-coated CNTs (W-CNTs) were dispersed into Cu powders by magnetic stirring process and then the mixed powders were consolidated by spark plasma sintering to fabricate W-CNTs/Cu composites. The CNTs/Cu composites were fabricated using the simi-lar processes. The friction coefficient and mass wear loss of W-CNTs/Cu and CNTs/Cu composites were studied. The results showed that the W-CNT content, interfacial bonding situation, and applied load could influence the friction coefficient and wear loss of W-CNTs/Cu com-posites. When the W-CNT content was 1.0 wt.%, the W-CNTs/Cu composites got the minimum friction coefficient and wear loss, which were decreased by 72.1% and 47.6%, respectively, compared with pure Cu specimen. The friction coefficient and wear loss of W-CNTs/Cu composites were lower than those of CNTs/Cu composites, which was due to that the interfacial bonding at (W-CNTs)-Cu interface was bet-ter than that at CNTs-Cu interface. The friction coefficient of composites did not vary obviously with increasing applied load, while the wear loss of composites increased significantly with the increase of applied load.     

碳纳米管修饰的空心多孔NiO/SnO2纳米复合材料对丙酮传感性能的优化

通过静电纺丝法制备中空多孔的NiO/SnO2复合纳米纤维,在复合纤维表面装饰碳纳米管,在此基础上制备气敏传感器器件。利用TGA确定了复合材料热分解温度,得到热处理工艺;利用SEM、XRD、TEM、XPS分别对复合材料的形貌、结构、尺寸、表面成分进行了表征。使用WS-30A气敏元件测试仪对气敏元件响应进行测试,结果表明CNTs装饰的NiO/SnO2复合纳米材料制备的气敏传感器降低了丙酮检测最佳工作温度,为160℃,提高了检测灵敏度,对50 ppm丙酮的响应达到25.25,对检测丙酮有快速的响应(~8.2 s)以及恢复性能(~10.5 s),同时在30天的长期稳定性测试中也体现了良好的稳定性。证明了装饰CNTs 的 NiO/SnO₂复合材料在检测丙酮方面的潜在价值,同时本文也进一步讨论了CNTs, 中空多孔结构的NiO/SnO₂提高检测性能的作用机理。