高强高导石墨烯增强铜基复合材料的研究进展

高强高导材料在其广泛的应用中可以带来更高的工作性能和更低的能耗,一直是材料科学领域的重点研究对象。石墨烯因具有优异的力学性能和良好的导电性能,常被作为理想的第二相增强体引入铜基体提升综合性能。文中论述了石墨烯增强金属基复合材料的研究背景,详细阐述并分析了石墨烯增强铜基复合材料的制备方法,概括了近年来石墨烯增强铜基复合材料的力学性能及导电性能的研究现状,总结与展望了石墨烯增强铜基复合材料的未来发展趋势。     

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.     

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。     

Cu—Nb复合材料的研究现状与展望

介绍不同方法制备Cu—Nb复合材料的研究情况,如形变复合法、机械合金化法、物理气相沉积法．重点论述了不同方法制备的Cu-Nb复合材料的力学性能及电学性能,因其表现出优异的力学性能及电学性能而具有广阔的应用前景,它是具有高强高导铜基复合材料的典型代表．     

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。     

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。     

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%。     

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。     

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。     

铜包覆石墨烯增强316L奥氏体不锈钢力学性能研究

采用分子水平混合和低速球磨的方法制备铜包裹石墨烯/316 L不锈钢复合粉体,通过放电等离子烧结制备石墨烯增强316 L奥氏体不锈钢复合材料,研究铜及石墨烯对复合材料密度、硬度和拉伸性能的影响,并对拉伸断口形貌进行了分析.结果表明:通过分子混合和球磨混合可制备铜包裹石墨烯与不锈钢均匀混合的复合粉体.烧结过程石墨烯结构保持完整.铜包裹石墨烯增强体可明显改善烧结不锈钢复合材料的密度、硬度、抗拉强度和屈服强度,使其分别提高3.6%、17.4%、35.8%和34.5%.     

放电等离子烧结制备镍掺杂石墨-铜复合材料组织性能研究

通过超声波分散结合行星球磨对复合粉末进行混料，利用放电等离子烧结技术（SPS）制备镍掺杂石墨-铜复合材料。运用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、硬度计和摩擦磨损试验机等方法，研究了不同镍掺杂含量对石墨-铜复合材料组织和力学性能的影响。结果表明:通过该工艺制备石墨-铜复合材料石墨均匀分散于铜基体，并与铜基体形成良好的界面结合。随着镍掺杂含量的增加，石墨-铜复合材料相对密度和硬度逐渐增加。当镍掺杂含量（指质量分数）为7.0%时，石墨-铜复合材料相对密度为95.2%，HV_0.5硬度为53.4，摩擦系数相对较低，磨损表面较光滑，此时综合性能较好。      

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)。     

钛对石墨烯增强铜基复合材料耐磨性的影响

通过基体钛合金化的方法,热压烧结制备石墨烯增强铜基复合材料,采用往复式摩擦磨损测试其耐磨性,X射线衍射(XRD)分析物相,光镜、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)分析微观结构和磨损形貌,结果表明:铜/石墨烯界面形成的TiC纳米颗粒有利于增强界面结合力。掺有0.25%Ti的复合材料抗磨性能大幅提升,表现出较低的摩擦系数0.25和较小的体积磨损率10.5×10~(-5) mm~3/(N·m)(仅为纯铜材料的22%);但过量的Ti会导致摩擦性能下降。     

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...     

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。     

二维原子晶体材料及其范德华异质结构研究进展

2004年英国曼彻斯特大学Geim研究组成功剥离出石墨烯(graphene)以来,二维原子晶体(two-dimensional atomic crystals)材料获得了极大关注。二维原子晶体材料及其范德华异质结构(van der Waals heterostructures)具有电学、热学、力学、化学及光学等方面的众多优异特性,可广泛于电子、催化、储能、生物医学、复合材料等领域。特别是石墨烯,被认为是后摩尔时代的关键材料。二维原子晶体材料除了可制备微电子与光电子器件外,还可能应用到多种新型功能器件。综述了石墨烯(graphene)、二硫化钼(Mo S2)、磷烯(phosphorene)等二维原子晶体材料的合成生长、性能表征与器件制备,并重点讨论了二维原子晶体材料及其范德华异质结在微纳电子领域的研究进展和应用前景。     

含Cr和NbSe2铜基电接触复合材料的制备及性能研究

采用复压复烧工艺制备了含不同质量分数Cr和NbSe₂的铜基电接触复合材料,利用光学电子显微镜、X射线衍射仪、硬度计、扫描电子显微镜等设备研究了铜基复合材料力学、电学和电摩擦学性能。结果表明,铜基复合材料的密度随着NbSe₂含量的增多而增高,硬度和断裂强度随着Cr含量的增多而提高;Cr含量高的铜基复合材料磨痕表面极易生成CuO纳米片,改善了材料的摩擦性能,但降低了电学性能;含适当比例Cr和NbSe₂的铜基复合材料有着较好力学、电学性能,且因NbSe₂润滑膜和CuO纳米球的协同作用,改善了材料的摩擦性能。     

搅拌铸造法制备石墨烯增强铝基复合材料的组织和力学性能研究

石墨烯增强铝基复合材料满足轻量化用材的同时兼具良好的力学性能,是一种极具应用前景的复合材料.通过粉末混合、压坯和热还原,制备了含石墨烯的预制块,并将其作为中间体在搅拌铸造过程中加入,成功制备了石墨烯增强铝基复合材料.通过扫描电子显微镜、拉曼光谱、X射线衍射仪等表征了复合材料的微观组织结构;通过力学性能测试,研究了石墨烯...     

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。     

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.