石墨烯增强铜基复合材料的挑战及其对策

铜具有优异的电学性能、热学性能和化学稳定性，被普遍应用于各工业领域。但铜的力学性能相对较差，而限制铜的更进一步应用。如何在提高铜的力学性能的同时维持铜优异的电学和热学性能是目前的研究热点。由于石墨烯凸显的力学、热学和电学性能，以及二维片层结构，因而成为增强铜基复合材料力学性能的理想增强体。但研究者们通过不同的合成方法制备的石墨烯/铜复合材料的性能增强并没有达到预期效果，主要是因为石墨烯在铜基体中易于团聚、铜与石墨烯的润湿性比较差及其制备过程中造成石墨烯的结构受损。随着近几年来研究者的不断探索，一些新的解决方法不断出现。主要综述石墨烯增强铜基复合材料面临的挑战及其应对策略方面的研究进展，并指出石墨烯增强铜基复合材料可能的发展新趋势。     

石墨烯含量对铜基复合材料硬度与导电率的影响

采用粉末冶金法制备石墨烯铜基(Gr/Cu)复合材料,使用十二烷基硫酸钠(SDS)作为分散剂,研究石墨烯含量对复合材料显微硬度和导电率的影响,从而确定石墨烯在铜基体中的最优含量来获得高硬度、高导电率的石墨烯铜基复合材料.结果表明:石墨烯在复合材料中分布均匀.添加石墨烯后,铜基体的硬度增大,而导电率降低.石墨烯含量为0.5...     

铜基石墨烯复合材料的制备及性能研究

为了解决铜的硬度等力学性能差的问题,设计了用泡沫铜为基底和催化剂,通过化学气相沉积(CVD)法制备分布均匀的Cu/3DGNs复合材料.经电火花放电等离子烧结(SPS)制备成高强高导的铜基石墨烯复合材料,在保留铜基体优异的导电、导热等性能的同时提高其力学性能.结果表明,采用硝酸清洗,800℃退火30min,反应气体(H_2/Ar/0.95%C_2H_4-Ar混合气体)流量比为80∶4 000∶5sccm,生长温度为1 000℃、生长时间为10s时,制备的石墨烯表面平整、层数较少、覆盖率高、几乎没有缺陷,石墨烯的形貌最佳;采用600℃的烧结温度、25kN的烧结压力、100℃/min的升温速率梯度烧结,制备出的铜基石墨烯复合材料最为致密,性能最优.     

三维石墨烯/铜基复合材料的制备及耐腐蚀性能研究

在实际应用中,铜基复合材料经常存在腐蚀失效的现象,而石墨烯以其独特的结构显示出卓越的耐腐蚀性能。为了改善铜基复合材料的耐腐蚀性能,设计并烧结制备了三维石墨烯/铜基复合材料。研究表明,在三维石墨烯/铜基复合材料中,石墨烯形成三维互联互通结构,充分发挥了对铜基体的保护作用。与孔隙铜相比,在质量分数为3.5%NaCl溶液中,三维石墨烯/铜基复合材料的腐蚀速率降低了约50%。石墨烯在金属防腐蚀领域将得到更加广阔的应用。通过研究三维石墨烯/铜基复合材料在FeCl_3溶液中的腐蚀行为,进一步揭示了三维石墨烯的耐腐蚀机理。     

高强高导铝?石墨烯复合材料研究进展

石墨烯因其独特的二维结构和优异的导热、导电及力学性能，成为了最具潜力的增强体材料之一。本文综述了铝?石墨烯复合材料的制备工艺，着重介绍了影响铝?石墨烯复合材料力学性能和导电率的因素，总结了铝?石墨烯复合材料在高强高导材料领域的应用，讨论了产业化过程中在优质石墨烯粉制备、规模化混粉工艺、连续化加工等方面所面临的挑战，提出了铝?石墨烯复合材料可能的产业化工艺方案和研发方向。     

纳米颗粒增强铜基复合材料的最新研究动态及发展趋势

纳米颗粒增强铜基复合材料具有独特的结构特征、优异的力学性能，与纯铜近似的导电、导热性能，是一种有着广泛应用领域的功能材料。综述了纳米颗粒增强相的类型及选用原则，论述了纳米颗粒增强铜基复合材料的制备方法以及颗粒增强相的类型、颗粒增强相的含量、制备工艺三方面对复合材料性能的影响，并对将来材料的研究方向进行了展望。     

球磨时间对石墨烯/ODS铜基复合材料组织与性能的影响

在铜粉中加入0.1%氧化石墨烯与0.5%超细氧化铝颗粒(均为质量分数)进行混合机械球磨,然后真空热压致密化,并同时实现氧化石墨烯的热还原,从而在ODS(oxide dispersion strengthened,氧化物弥散强化)铜基复合材料中引入石墨烯作为第二增强相,制备出石墨烯/ODS铜基复合材料。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman spectra)、力学和物理性能测试等,研究球磨时间对复合粉末及其烧结后的组织与性能的影响。结果表明,随球磨时间增加(0~8 h),复合材料的力学性能和物理性能都提高。当球磨时间为8 h时,石墨烯在铜基体中有较好的结合与分布,材料综合性能最佳,石墨烯/ODS铜基复合材料的压缩屈服强度为324 MPa,比ODS铜合金的屈服强度(250 MPa)提高29.6%;抗弯强度为621 MPa,非常接近ODS铜合金(629 MPa),弯曲断口为韧性断裂;维氏硬度(HV)为100;电导率达到87.23%IACS;热导率为385 W/(m·K)。     

粉末冶金制备高导热铜基复合材料的研究进展

电子器件芯片功率的不断提高对散热材料的热物理性能提出了更高的要求。将导热性能、力学性能优异的铜作为基体,加入高导热、低膨胀的增强体得到的铜基复合材料,能够兼顾热膨胀系数可调和高热导等特点,是理想的散热材料。重点对近年来以金刚石、石墨烯、石墨、碳纳米管、SiC为增强体的铜基复合材料的研究进展进行综述,并就高导热铜基复合材料目前存在的问题及未来的研究方向进行了展望。     

原位合成颗粒增强铜基复合材料的研究进展

弥散强化型铜基复合材料,兼具优异的导电导热性能、高强度、良好的热稳定性和耐磨性,是核反应堆、航空器及高端装备中各种导电导热元件的关键材料,在核电、航空、交通、军事等诸多重要领域有不可替代的作用。原位合成法是在一定温度下金属基体内发生化学反应,原位生成一种或几种陶瓷增强体的技术。原位反应制备颗粒增强铜基复合材料存在两个重要的问题亟待解决：一是增强相的团聚问题,二是增强相的尺寸调控问题。本文总结了几种较为常用的制备弥散强化型铜基复合材料的原位合成方法,并对比分析了几种方法的特点、优劣及技术难点。同时,本文综述了原位合成法对铜基复合材料中颗粒尺寸和分布的影响,分析了原位合成法不同参数对复合材料力学及综合性能的影响规律,并从增强相颗粒形核与生长的原理出发,提出了促成细小弥散颗粒增强相的工艺方案。     

纳米碳管增强铜基复合材料的设备性能分析

随着电子电气、机械制造领域等不断的发展,铜极其合金设备逐渐被纳米碳管增强铜基复合材料设备所取代,为保证复合材料在实际应用中得到更好的应用,因此对纳米碳管增强铜基复合材料的设备性能进行分析,通过实验分析可以看出,相较于纯铜,复合材料复合材料硬度较高,拥有更好的热膨胀与导电性能。     

钨纤维的排布方式对钨纤维增强铜基复合材料密度和导电性的影响

采用预埋钨纤维、真空熔铸法制备钨纤维增强铜基复合材料,研究不同钨纤维排布方式对该复合材料密度、导电率等物理性能的影响。研究结果表明:采用直径为0.3 mm的钨丝,编织成相互平行、螺旋旋涡和网状等成型方式预埋于特制的高密、高强和高导的石墨模具中,在1150℃,真空度4×10-2Pa条件下,保温熔铸1～2 h纯铜可以制得钨纤维以所设计的排布方式均匀地分布在铜基体中,无明显偏聚现象,且纤维含量不大于5%的钨纤维增强铜基复合材料。增强相钨纤维与基体铜除极少量的扩散外互不反应也不溶解,两者界面清晰、无孔洞和开裂现象,所得复合材料致密度较高,3种排布方式的相对密度均不小于97%;当钨纤维含量相同时,不同钨纤维排布方式对钨纤维增强铜基复合材料的导电率影响较大,其中单向平行排布方式的导电率最大(94.40%IACS),空间螺旋网状排布导电率最低(85.62%IACS)。     

石墨烯增强铝基复合材料制备技术研究进展

石墨烯具有独特的结构特点和优异的物理化学性能,是理想的复合材料增强体。本文综述了石墨烯增强铝基复合材料制备方法的现状,着重介绍了石墨烯的分散工艺和复合材料的成型方法,讨论了这些方法对复合材料性能的影响,并从混粉和烧结工艺方面提出了石墨烯增强铝基复合材料制备方法的发展方向。     

神奇粉体石墨烯“以铝代钢”成现实

<正>我国在世界领先的石墨烯合金石墨烯具有独特的二维结构、高强度、高导电性能和高导热性能等超强的力学和功能特性,被认为是最理想的复合材料增强相,坊间有戏言,称其除了不能吃,石墨烯可以用于一切领域,一切产品中,有专家甚至认为,未来10~20年石墨烯将引发一场技术革命。通常金属基复合材料都是以包括颗粒、晶须、纤维等形态的陶瓷相作为增强体,在金属基体中引入     

高导电高耐磨铜基复合材料的研究进展

综述了铜基耐磨复合材料的研究发展现状,介绍了铜基耐磨材料种类、制备方法和增强机理.指出陶瓷颗粒增强铜基复合材料具有较高的耐磨性、高温力学性能和较低的热膨胀系数,且制备工艺简单、成本较低,粉末冶金法仍是当今制备和研究碳纤维和陶瓷颗粒增强铜基复合材料的重要方法,而原位反应合成技术由于具有显著的技术和经济优势,也具有很好的发展前景.     

石墨烯增强铝基复合材料研究进展

铝基复合材料作为金属基复合材料中最重要的材料之一,在工业生产以及日常生活中有着非常广泛的应用。石墨烯由于其高导热性、高阻尼性、高弹性模量、高强度以及良好的自润滑性成为复合材料中重要的增强体。将石墨烯用作增强体增强铝基复合材料有着非常大的应用潜力。归纳了石墨烯增强铝基复合材料的研究进展;总结了影响其性能的主要因素即增强体材料种类,石墨烯在铝基体中的均匀分散性以及铝基体与石墨烯之间的界面情况;介绍了石墨烯增强铝基复合材料的两种制备方法;分析了石墨烯增强铝基复合材料的增强机制;并展望了其发展前景,以期为制备高性能石墨烯增强铝基复合材料提供参考。     

纤维体积分数对炭/炭复合材料性能的影响

通过对不同纤维体积分数的炭/炭复合材料进行力学性能,导热、导电性能试验,分析了纤维体积分数对炭/炭复合材料性能的影响.结果表明,初始坯体的纤维体积分数对炭/炭复合材料的力学性能影响较大;导热、导电性能则与材料内部结构有关而与纤维体积分数的关系不大.当预制坯体的纤维体积分数在25％～30％时,炭/炭复合材料的力学、导热、导电性能为最好.     

金属-空心微粉复合材料的研制

本文讨论了空心微粉铁、铜基复合材料的组织和性能。试验结果初步表明,空心微粉铁、铜基复合材料的力学性能优于基体材料的力学性能,为空心微粉复合材料的开发应用开辟了一个新领域。     

SiC/C-Cu复合材料的载流磨损性能

采用粉末冶金法制备SiC/C-Cu复合材料,研究SiC颗粒含量对该材料组织结构与物理性能的影响,并在HST-100载流摩擦磨损试验机上进行载流磨损试验,研究摩擦速度、电流密度与SiC颗粒含量对SiC/C-Cu复合材料磨损率的影响以及磨损机理的变化。结果表明:SiC颗粒均匀分布于铜基体中。随SiC含量增加,复合材料的硬度和孔隙率都逐渐增大,密度和导电率降低。添加SiC颗粒可增强C-Cu复合材料的抗磨损性能,材料的磨损率随摩擦速度和电流密度增加而增加,随SiC含量增加呈先降低后上升的趋势,含2%SiC(质量分数)的SiC/C-Cu复合材料具有优异的抗载流磨损性能。添加SiC颗粒可减少摩擦磨损过程中铜基体的粘着磨损,磨损机理主要为磨粒磨损和电弧侵蚀磨损。     

粉末冶金金属基复合材料的研究现状及发展趋势

综述了用粉末冶金法制备的铁基复合材料、镁基复合材料、铜基复合材料及铝基复合材料的常用增强体、材料性能、应用以及目前国内外的研究现状,并探讨了存在的问题及发展趋势.     

镍含量对铜基石墨烯复合材料力电性能的影响

通过镍的添加来改善铜与石墨烯之间较差的界面结合性能,从而提高铜基石墨烯复合材料的力学和电学性能。本实验采用放电等离子(SPS)烧结技术制备了石墨烯含量为0.2%(质量分数,下同),镍含量分别为1.0%,1.5%和2.0%的镍掺杂石墨烯/铜(G-Cu/Ni)复合材料。利用拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等表征手段,对镍掺杂石墨烯/铜(G-Cu/Ni)复合粉末的形貌和石墨烯的结构进行了研究,揭示了不同镍含量对铜基石墨烯复合材料力电性能的影响。结果表明:随着镍含量的增加,复合材料的硬度随之增加,屈服强度先升高后降低;其电学性能随着镍含量的增加而逐渐降低。当镍含量为1.0%时,复合材料的力学和电学性能达到较好的配合:复合材料的屈服强度为320.3 MPa(相对于未添加镍的石墨烯/铜复合材料而言提高了31.08%),电导率为45.72 MS·m~(-1),其电导率百分值(IACS)高达80.21%。