基于机器学习的高强高导Cu基复合材料力-电性能统一预测模型研究

颗粒增强铜基复合材料具有良好的力学、电学性能,但增强体特征参量与材料性能之间的定量关系难以量化确定。为建立Ti B和Ti B2陶瓷增强相与铜基复合材料力学与电学综合性能之间的映射关系,以求大幅提高铜基复合材料强度的同时,将其导电率降低在可接受范围内,提出了一种基于蚁群算法优化的BP神经网络铜基复合材料力-电性能统一预测模型(ACO-BP-Cu)。通过BP神经网络建立铜基复合材料性能与特征参数间关系,通过蚁群算法全局寻优确定BP神经网络模型结构。实验表明,ACO-BP-Cu模型能够根据Ti B和Ti B2陶瓷增强相特征参数有效预测铜基复合材料各项性能,且相对决策树、线性回归、K邻近法等9种回归算法准确率更高,稳定性更强。     

石墨烯增强铜基复合材料研究

铜及其合金在实际应用中稳定性差且强度相对较低。石墨烯作为一种由碳原子杂化的二维层状材料,具有较高的强度、良好的导电导热性能,是一种极具潜力的纳米级铜基材料增强体。本文基于石墨烯在铜基材料中的应用研究现状,概述了石墨烯铜基复合材料的常用制备工艺,并对其优缺点进行了分析;综述了石墨烯铜基复合材料的有效分散、界面结合和结构设计等关键技术,对石墨烯增强铜基复合材料研究存在的问题和发展方向进行了总结和展望。     

TiB_2颗粒混杂对TiB_2/Cu复合材料微观组织和性能的影响

采用粉末冶金工艺,分别制备了单一粒径TiB_2颗粒和混杂粒径TiB_2颗粒的TiB_2/Cu复合材料,研究了TiB_2颗粒混杂(2μm+50μm)增强对TiB_2/Cu复合材料微观组织和性能的影响。结果表明:在TiB_2颗粒总含量一定的条件下,与单一粒径TiB_2颗粒增强TiB_2/Cu复合材料相比,TiB_2颗粒混杂增强TiB_2/Cu复合材料的综合性能明显提高;当2μm与50μm TiB_2颗粒混杂配比为1∶2时,TiB_2/Cu复合材料综合性能最佳,硬度和导电率分别为69 HB和85.3%·IACS,相对于2μm单一粒径TiB_2颗粒增强TiB_2/Cu复合材料的硬度和导电率分别提高了12.2%和4.8%;TiB_2颗粒混杂粒径TiB_2/Cu复合材料的增强作用来源于获得了均匀致密的微观组织,不同粒径TiB_2颗粒在铜基体中更加弥散分布,使得混杂粒径的TiB_2颗粒协同增强铜基体作用更加明显,综合性能明显提高。     

W-WC混杂增强铜基块状非晶复合材料的研究进展

鉴于目前渗流铸造法制备的非晶复合材料的增强体单一,且难于成型复杂零件的局限性,提出了渗流铸造W纤维＋WC颗粒混杂增强铜基非晶复合材料铸坯＋过冷液相区压铸成型复杂零件的工艺路线,重点研究混杂增强非晶复合材料的增强机制和压铸过程复合材料的组织和力学性能的变化规律等,介绍钨碳等元素的添加对增强铜基块状非晶复合材料的研究进展现状。     

原位(TiB2-TiB)/Cu复合材料组织与性能研究

采用机械合金化和热压烧结相结合的方法制备出原位TiB_2颗粒和TiB晶须混杂增强的铜基复合材料,利用XRD、OM、SEM、TEM研究了复合材料的微观组织,分析了热压烧结过程中的原位反应机理及微观组织对复合材料硬度、导电率及致密度的影响规律。结果表明:原位反应过程为Cu和Ti原始粉末在800℃开始反应生成Cu3Ti中间相,在850℃时达到Cu3Ti中间相的熔点并在基体中形成液相微区,然后B原子扩散至该液相微区,在继续加热过程中原位析出硼化钛增强相。TiB晶须含量相对较多的复合材料具有较高的硬度,Ti B2颗粒含量相对较多的复合材料具有较高的导电率,TiB晶须和TiB_2颗粒混杂增强的铜基复合材料则同时兼备了以上2种复合材料的性能优势,其综合性能得到优化。所得烧结态3%(TiB_2-TiB)/Cu混杂增强复合材料的硬度和导电率分别达到86.6 HB和70.4%IACS。     

石墨烯增强铜基复合材料的制备技术及发展

石墨烯由于其独特的二维结构和优异的物化性能,在改善复合材料的力学性能、电学性能和热学性能等方面具有很大的潜力,已成为金属基复合材料较理想的增强体。铜合金具有优异的导电导热性能和良好的延展性,但是其强度较低、不耐磨及高温下易变形的特点阻碍了其应用和发展。因此,结合石墨烯和铜的性能特点,将石墨烯作为增强体添加到铜中,制备性能优异的石墨烯增强铜基复合材料成为目前研究的热点之一。综述了目前石墨烯增强铜基复合材料的制备方法,并对各方法的特点进行了分析比较,提出未来可采用的制备工艺的方向以及在制备过程中面临的问题和挑战,并对其未来的研究方向进行了展望。     

纳米氧化锆增强铜基复合材料

采用粉末冶金法制备了纳米氧化锆增强铜基复合材料,分析研究了压制压力、ZrO2含量对Cu-ZrO2复合材料性能的影响.结果表明,当ZrO2含量为7%、压制压力为600MPa时,Cu-ZrO2铜基复合材料具有最佳的综合物理力学性能,强化相ZrO2粒子以纳米级弥散分布于铜基体内,可有效地阻碍位错运动和晶界滑移,提高铜基复合材料的强度和耐热性,并在高电导率的条件下,使铜基复合材料的强度和硬度明显提高.     

Y_2O_3增强铜基复合材料微观结构及性能的研究

三氧化二钇(Y_2O_3)粒子增强铜基复合材料具有超强的耐磨性能和耐腐蚀性能,在众多领域具有广泛的应用前景。以Y_2O_3添加量为0～20wt%的增强铜基复合材料为研究对象,进行磨损试验和腐蚀试验,考察Y_2O_3粒子的不同添加量对复合材料相关性能的影响。采用扫描电镜、透射电镜、微区成分等测试分析手段,对Y_2O_3增强铜基复合材料的显微组织结构进行了深入探究。结果表明:硬质点Y_2O_3与铜基材料通过合理的热加工工艺可获得理想的强化相,Y_2O_3粒子起到很好的弥散作用,对Cu粒子之间的空隙起到很好的填充和支撑效应,增强了与铜基体的结合强度和渗透能力,从而使铜基复合材料的耐腐蚀性、耐磨性得到较大的提高。当Y_2O_3粒子的添加量为5wt%时,Y_2O_3/Cu的耐磨性能、耐腐蚀性均较铜基体提高1倍以上。     

Al2O3晶须与石墨烯纳米片共增强铜基复合材料的显微结构及界面行为(英文)

研究Al₂O₃晶须和石墨烯纳米片共增强铜基复合材料的力学性能和显微结构。采用机械合金化、真空热压烧结和热等静压工艺制备不同石墨烯含量的铜基复合材料。含0.5%石墨烯(质量分数)的铜基复合材料(GNP-0.5)具有良好的Cu/C和Cu/Al₂O₃界面结合性能;复合材料的硬度和抗压强度随石墨烯含量的增加呈现先增加到一个临界值后减小的趋势。研究结果表明,石墨烯和Al₂O₃晶须在铜基复合材料中最主要的强化机制是能量耗散和载荷传递以及石墨烯导致的晶粒细化。石墨烯与Al₂O₃晶须的双相混杂增强效应在于：当Al₂O₃/Cu界面存在微裂纹并沿着界面扩展时,嵌于铜基复合材料中的石墨烯会阻碍裂纹扩展路径,从而强化Al₂O₃晶须在铜基复合材料中的增强作用。     

Al2O3弥散强化铜基复合材料的制备及物理性能的研究

采用硝酸盐分解法制备Al2O3弥散强化铜基复合材料,通过测试材料的硬度、抗软化温度和电导率,研究了Al2O3增强相对材料性能的影响。结果表明,Al2O3颗粒弥散分布在铜基体上,制备的Al2O3弥散强化铜基复合材料的强度、硬度、软化温度等远高于纯铜,具有良好的高温性能,当Al2O3含量为1．0％时,复合材料的软化温度在800℃以上、硬度达到125HB。     

粉末冶金法制备纳米颗粒增强Cu基复合材料

采用粉末冶金方法,以SiC、SiO2、Al2O3和AlN等纳米颗粒为增强相,制备出Cu/SiC、Cu/SiO2、Cu/Al2O3和Cu/AlN等铜基纳米复合材料;研究了各增强相的含量对复合材料的显微组织和性能的影响,比较了不同纳米颗粒对铜基复合材料的增强效果.结果表明,Cu基纳米复合材料随增强相质量分数的增加,密度降低,电阻率略有升高,强度和硬度先升高后降低;退火温度曲线表明,复合材料的软化温度都达到700℃以上,远高于纯铜的软化温度(150℃),大大提高了材料的热稳定性;通过比较得知,在质量分数相同时,所采用的各增强相纳米颗粒对铜基体的增强效果相近.     

形变铜基原位复合材料的研究现状及展望

形变铜基原位复合材料具有较高的强度和良好的导电性,是高强高导铜合金的重要研究方向之一.综述了形变铜基原位复合材料在国内外的研究现状及发展趋势,并对其合金设计原理、制备方法、组织和性能等特点进行了介绍.     

基于增强相构型设计的石墨烯/Cu复合材料研究进展

铜基复合材料具有优异的功能特性及力学性能,在电子、电工等领域具有广阔的应用前景.作为一类理想的增强相,石墨烯具有优异的综合性能以及二维结构特征.相比于其他如颗粒增强相、晶须增强相,石墨烯与Cu的性能匹配性更好,同时其在Cu基体中的分布结构具有更强的可设计性,可显著改善铜基复合材料的综合性能,因此利用新工艺实现石墨烯分布构型的调控设计成为当今铜基复合材料研究的热点.本文总结了近年来石墨烯在Cu基体中分布的构型(均匀构型、层状构型以及网络构型)及其相应的制备工艺,讨论了石墨烯构型对于铜基复合材料性能的影响,并展望了石墨烯构型设计的新思路,以及特殊构型石墨烯/Cu复合材料未来的发展趋势以及应用领域.     

微纳米混杂颗粒增强铝基复合材料的设计与研究进展

传统颗粒增强铝基复合材料主要是通过添加单一的微米或纳米颗粒作为增强相来改善铝基复合材料的性能.微米颗粒能显著提高铝基复合材料强度、硬度和耐磨性,但塑韧性却大幅下降;而纳米颗粒在提高强度的同时能够保持较好的塑韧性,但由于纳米颗粒的比表面能大,易团聚,制备高体积分数的颗粒增强铝基复合材料比较困难,因此传统铝基复合材料在高科技领域的应用受到一定的限制.为了解决复合材料发展的瓶颈,采用微纳米混杂颗粒增强的设计思路,充分发挥各自增强相的优势和耦合效应,制备出了高性能的混杂颗粒增强铝基复合材料.本文综述了微纳米混杂颗粒增强铝基复合材料设计思路、强化机制及制备技术等方面的研究现状,指出微纳米混杂颗粒增强铝基复合材料存在的问题,并展望了未来的发展方向及需要解决的问题.     

石墨烯增强铜基复合材料的制备及研究现状

石墨烯由于具有优异的力学与功能内禀特性,成为金属基复合材料的理想增强相,近年来受到各国研究者的广泛关注。本文总结了石墨烯增强铜基复合材料的制备方法、改善石墨烯分散均匀性以提高其与铜基体界面结合性能的研究进展,最后对石墨烯增强铜基复合材料的应用及未来发展方向进行了展望。     

石墨烯增强铜基复合材料的制备及性能

为了解决石墨烯在铜基体中分散不均匀的问题,采用电荷吸引的方法将带负电荷的氧化石墨烯纳米片均匀的吸附在带正电荷的铜粉的表面,然后用粉末冶金的方法制备石墨烯增强铜基复合材料。采用扫描电镜,透射电镜,拉伸和导热测试等对石墨烯增强铜基复合材料的显微结构,力学性能和导热性能进行了研究。结果表明:石墨烯均匀的分散在铜基复合材料中,石墨烯在基体中的均匀分散和紧密的界面结合有效的提高了复合材料的性能。     

碳纳米管增强金属基复合材料磨损特性研究

研究了增强体的含量和试验条件对碳纳米管增强铜基和ZnAl27合金基复合材料的磨损行为的影响。两种复合材料都存在着跑合和稳定磨损的阶段,在跑合阶段主要为磨粒磨损,稳定磨损阶段主要是磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损过程。通过对磨损表面和磨屑的显微观察分析了两种复合材料的磨损机制,表明碳纳米管改善了基体金属的耐磨损性能和强度,在碳纳米管质量含量达到3％～5％时,铜基和ZnAl27基复合材料达到最好的耐磨损性能。     

TiB2颗粒TiB晶须混杂增强铜基复合材料导电率有限元模拟

本文建立了TiBw/Cu、(TiB2p+TiBw)/Cu、TiB2p /Cu复合材料的三维细观结构有限元模型,基于ABAQUS非耦合的热电分析理论,通过有限元数值模拟方法揭示了复合材料微观结构特征参量与宏观导电性能之间的定量关系。结果表明:TiB2颗粒体积分数为导电率主要影响因素,随体积分数增大导电率逐步减小,颗粒粒径大小对导电率影响不显著;TiB晶须体积分数和晶须取向角为导电率主要影响因素,晶须取向角平行于电流方向时导电率最好,垂直于电流方向时的导电率最差。在颗粒晶须混杂增强复合材料中,增强体体积分数和晶须取向角为导电率的主要影响因素,增强体种类对导电率影响较小。本文为颗粒晶须混杂增强铜基复合材料导电率计算提供了新的思路和方法,对颗粒和晶须增强复合材料混杂设计提供依据。     

石墨烯增强铜基复合材料显微组织和性能的研究

采用粉末冶金法制备了质量分数为0%(纯铜)、0.4%、0.8%和1.2%的石墨烯增强铜基复合材料,利用光学显微镜、高分辨场扫描电镜、高精度固体密度仪、数字式电导率仪和万能试验机对石墨烯增强铜基复合材料的微观组织和性能进行研究和分析。结果表明,铜粉纯度高、无杂质,随着石墨烯含量的增加,复合材料的孔隙率随之增加,而且石墨烯的团聚现象逐渐加重,晶粒尺寸呈现先降低后提高的现象,而石墨烯含量在0.8%时,晶粒尺寸最小为43.385 nm。以复合材料的物理性能方面来说,石墨烯增强铜基复合材料的密度和电导率呈现下降趋势。随着石墨烯含量的增加,复合材料的屈服强度和最大抗压强度呈现先上升后下降的趋势,而压缩率呈现逐渐下降的趋势,当石墨烯含量为0.8%时,屈服强度和最大抗压强度达到最大值,分别为80.79和332.88 MPa。     

陶瓷颗粒增强铜基复合材料研究进展

概述了目前研究最为广泛,最具有应用前景的SiC、Al2O3、AIN和Ti3SiC2颗粒增强铜基复合材料在制备及性能特点方面的研究现状,以及陶瓷颗粒增强铜基复合材料常用的制备方法.