CNTs/SiC/Cu复合材料制备及性能

以碳纳米管(CNTs)、碳化硅(SiC)粉体、锌(Zn)粉和CuSO_4·5H_2O为主要原料,用化学镀的方法制备CNTs /Cu复合粉体,再采用非均相沉淀法制备CNTs/SiC/Cu复合粉体.在750 ℃、100 MPa的制度下进行真空热压烧结后制得CNTs/SiC/Cu复合材料,其中Cu的含量(体积分数,下同)为70%,CNTs的含量(体积分数, 下同)分别为0,3%,5%,8%,12%.利用XRD、SEM分析样品的物相组成和显微结构;利用阿基米德排水法、显微硬度计、三点弯曲法测试了复合材料的密度、显微硬度和抗弯强度.结果表明,随着碳纳米管含量的增加,CNTs/SiC/Cu复合材料的密度、显微硬度和抗弯强度等性能发生相应变化,其中,抗弯强度呈现逐渐升高趋势.与未添加碳纳米管的30SiC/70Cu复合材料相比,添加12%CNTs的12CNTs/18SiC/70Cu 样品,抗弯强度提高了21.45 MPa.     

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)。     

纤维结构W/Cu触头材料电弧烧蚀性能的研究

研究了W／Cu系列触头材料的电弧烧蚀性能。在相同条件下，对粉末冶金W／Cu触头材料及纤维结构的W／Cu触头材料电弧烧蚀性能以及不同直径纤维结构的W／Cu触头材料电弧烧蚀性能进行了对比。研究发现细纤维结构的W／Cu触头材料抗电弧烧蚀性能最好。     

TiB_2/Cu涂层抗烧蚀性能研究

应用500WYAG固体激光器在纯铜表面成功地原位合成了TiB2/Cu复合涂层,采用自制设备对复合涂层进行抗电弧烧蚀性研究。结果表明,相对于纯铜,TiB2/Cu复合涂层的电弧烧蚀性显著降低,抗电弧烧蚀性能明显提高,熔覆层存在少量烧蚀区裂纹和孔洞。     

铜基自润滑复合材料的电弧烧蚀性能研究

研究了铜-30%(体积分数,下同)石墨、铜-30%二硫化钨和铜-30%二硫化钼3种铜基自润滑复合材料的抗电弧烧蚀性能。结果表明:石墨熔点较高,在电弧放电瞬间主要以氧化的形式损耗,而二硫化钨和二硫化钼则会在电弧放电造成的高温下发生熔化甚至与铜基体发生化学反应,所以铜-30%石墨复合材料的抗电弧烧蚀性能要优于铜-30%二硫化钨和铜-30%二硫化钼复合材料。铜基自润滑复合材料的电弧烧损机制主要有材料的氧化、熔化飞溅、内部化学反应以及疲劳脱落。     

Gra./Cu和CNTs/Cu复合材料的截流值与阴极斑点研究

采用粉末冶金方法制备石墨铜复合材料(Gra./Cu)和碳纳米管铜复合材料(CNTs/Cu),研究2种铜基复合材料的真空电弧截流现象和阴极斑点特性。结果表明,与Gra./Cu相比,CNTs/Cu在真空放电过程中电弧更加稳定,且分散性好,截流值小;在正对阳极处CNTs/Cu的真空电弧烧蚀坑明显比Gra./Cu的细小,灼痕直径约为0.1～5μm,分布面积也较小,而Gra./Cu的灼痕直径为10～100μm;两者的相同之处在于,在电击穿过程中阴极斑点的运动呈一种随机的、突变式的跳跃,而且选择性发生在Cu相上,Cu相被消耗。总之,CNTs/Cu比Gra./Cu具有更高的耐电弧烧蚀能力,CNTs的加入可以有效地增加铜基复合材料的电弧稳定性和降低截流值。     

MgO/Cu基复合材料耐电弧侵蚀行为研究

采用放电等离子烧结法(SPS)制备了纳米级MgO陶瓷颗粒增强铜基复合材料(MgO/Cu复合材料),重点研究了MgO颗粒含量对其耐电弧侵蚀性能的影响,阐述了MgO颗粒在电接触过程中的耐电弧侵蚀机理。结果表明,随着MgO颗粒体积分数增加,MgO/Cu复合材料的耐电弧侵蚀性能逐渐提高,当MgO颗粒体积分数为5%时,MgO/Cu复合材料的总体质量损耗和燃弧能量均达到最低值。研究分析表明,高熔点的MgO颗粒有助于改善MgO/Cu复合材料的力学性能和耐电弧侵蚀性能。电弧侵蚀过程中,高熔点MgO颗粒的存在提高了液相铜基体的熔池粘度,减少了电弧喷溅,从而提高了MgO/Cu复合材料的耐电弧侵蚀性能。     

CNTs含量对CNTs/Al复合材料力学性能的影响

用羧基化方法对CNTs(碳纳米管)进行预处理,增强其分散性。通过粉末冶金法制备了CNTs含量为0~2.0%的铝基复合材料,并对热挤压前后的力学性能进行了测试。结果表明,复合材料的力学性能均随CNTs含量的增加而增加,CNTs含量为1.0%的铝基复合材料的抗拉强度可达158 MPa,比同样条件下不含CNTs的纯铝抗拉强度(113 MPa)高40%。当CNTs含量在1.0%以下时,CNTs/Al复合材料的硬度、屈服强度和抗拉强度均与CNTs含量的平方根成正比,这表明其主要强化机制应是CNTs的弥散强化。     

C/C复合材料高温抗烧蚀涂层的研究进展

C/C复合材料在高温燃气高速冲刷环境中的严重氧化烧蚀限制了其在航空航天等领域的广泛应用,采用抗烧蚀涂层技术是目前提高该材料高温抗烧蚀性能的有效方法。综述了近年来国内外C/C复合材料高温抗烧蚀涂层在玻璃涂层、金属涂层、陶瓷涂层等体系方面的研究进展,总结并评价了C/C复合材料抗烧蚀涂层的抗烧蚀性能测试技术及其研究成果,提出了C/C复合材料高温抗烧蚀涂层在未来研究中潜在的重点发展方向。     

CNTs含量对CNTs/Al5083复合材料力学性能的影响

利用高能球磨和冷压烧结工艺制备出碳纳米管（CNTs）增强Al5083复合材料,并对球磨过程中CNTs的演变及成型后复合材料的力学性能和形貌进行研究。结果表明,在球磨过程中,通过机械力的作用下带动钢球将CNTs切断,长径比变小,并均匀地分散在Al基体中;在CNTs含量为2wt%下,复合材料抗拉强度和屈服强度分别达到294和239 MPa,硬度达到95 HV5,复合材料的力学性能最好。通过观察复合材料的断口,随着碳纳米管含量的增加,复合材料的断口形貌从韧性断裂向脆性断裂转变。     

纳米Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子的制备及其催化性能

以碳纳米管(CNTs)为载体,采用化学沉积法制备了纳米Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子,利用TEM、SEM、XRD、EDS、BET、XPS等方法对产物的形貌、结构、元素含量进行了表征,并应用DSC研究了纳米Ni、Cu、CNTs等单一纳米粒子及Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子对AP热分解的催化作用.结果表明:Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子结晶好、包复均匀、比表面积大.纳米Ni、Cu等单一纳米粒子和Ni/CNTs、Cu/CNTs复合粒子均能使AP热分解的高温分解峰峰温降低、表观分解热增加,具有良好的催化性能.相比较而言,纳米复合粒子的催化性能均优于其相应单一组分,表现出良好的正协同作用.复合粒子中以Cu/CNTs复合粒子的催化效果最为显著,使AP的高温分解峰峰温降低112.15℃,使总表观分解热增加839 J/g.并初步探讨了催化机制.     

Mullite/Al-4.5Cu复合材料的时效特性

选用挤压铸造法制备mullite/Al-4.5Cu复合材料，采用硬度测试（HB）、差示扫描量热（DSC）、透射电镜（TEM）等手段研究了mullite/Al-4.5Cu复合材料的时效特性。结果表明：莫来石纤维的引入明显提高了基体合金的时效硬度，加速了基体合金的时效硬化速度，对SSS→GPI反应有抑制作用，但没有改变基体合金的时效析出序列。复合材料具有和基体合金相似的时效硬化曲线。温度对两类材料时效硬化行为的影响基本一致。     

纳米t-ZrO_2改性C/C复合材料抗烧蚀性能

在碳纳米管的辅助下制备含锆沥青,利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TG)等方法对含锆沥青及其碳化产物进行分析,利用液相浸渍法制备C/C复合材料,并对其进行动态烧蚀实验。结果表明:含锆碳基体内部均匀分布纳米陶瓷微球堆积成的陶瓷层,主要成分为t-ZrO_2;陶瓷相提升了含锆碳基体的抗烧蚀能力;C/C复合材料基体中的陶瓷相在烧蚀过程中烧结为陶瓷层,有效提高了材料的抗烧蚀性能。     

C/C-Cu复合材料的烧蚀性能及烧蚀机理

采用真空熔渗技术制备新型C/C-Cu复合材料。采用氧-乙炔焰测试不同时间下C/C-Cu复合材料的抗烧蚀性能,利用XRD、SEM分析材料烧蚀后的物相组成及组织形貌,对C/C-Cu复合材料的烧蚀机理进行研究。结果表明:烧蚀时间对材料的烧蚀率有显著影响,随着时间的延长,材料的质量烧蚀率和线烧蚀率均呈上升趋势;烧蚀后复合材料表面生成氧化物相TiO2和Cu2O,原来的TiC相被TiO2相替代;C/C-Cu复合材料的烧蚀性能优于C/C复合材料的烧蚀性能;C/C-Cu复合材料的氧-乙炔焰烧蚀机制为热氧化烧蚀、热物理烧蚀(升华)和机械冲刷的综合作用。     

粉末冶金法与电弧熔炼法制备TiB2/Cu复合材料

以Cu、Ti、B_4C合金粉末为原料,分别用粉末冶金法和电弧炉熔炼法制备TiB_2/Cu复合材料,研究了制备工艺、配料比等因素对Cu基中生成相的影响。结果表明:随TiB_2理论生成量增加,粉末冶金法烧结后得到含多种不同的硼化物的铜基复合材料;电弧炉熔炼法则可得到单一的TiB_2增强Cu基复合材料,且致密度、硬度和电导率均高于粉末冶金法制得的试样。     

熔覆Cu/Mo/Cu复合材料界面组织特征和结合特性

采用熔覆法制备Cu/Mo/Cu复合材料,利用金相显微镜对Cu/Mo/Cu复合材料的界面结构、显微组织进行研究,并通过扫描电镜分析了熔覆+轧制材料的断裂特点和界面结合特性。结果表明：熔覆复合界面平直且结合紧密;熔覆后钼层靠近界面的晶粒发生静态回复和再结晶,分布均匀呈等轴状,钼层中间位置的晶粒沿水平方向保持了原有的扁平状,铜层晶粒为粗大晶粒,大小不一且分布不均匀;铜层为韧性断裂,钼层发生分层断裂现象;剥离过程中材料沿着界面附近分层严重的钼层开裂,复合界面结合紧密。     

ZrC_p/W复合材料的烧蚀性能

用自制的氧乙炔烧蚀装置对ＺｒＣｐ／Ｗ复合材料烧蚀性能进行了研究。结果表明：复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率由低到高的排列顺序为 ４０％ＺｒＣｐ（体积分数,下同）／Ｗ＜３０％ＺｒＣｐ／Ｗ＜Ｗ;钨中加入ＺｒＣ颗粒明显提高了钨的抗烧蚀性能,而且 ＺｒＣ颗粒含量越高,材料抗烧蚀性能越好。并用多波长高温计对烧蚀表面温度进行在线测试。复合材料烧蚀机理是Ｗ,ＺｒＣ的氧化烧蚀。     

Cu/TiBN电接触材料的导电性及抗电弧侵蚀机理

采用渗硼烧结法合成了一种新型TiBN粉体材料,它兼有陶瓷性和金属性,电阻率为2.6×10-3Ω·cm。以TiBN和TiN为增强相,采用粉末冶金法制备了Cu/TiBN和Cu/TiN电接触材料,系统的研究了不同含量TiBN和TiN的电接触材料的微观结构和物理性能。结果表明,与TiN相比,TiBN增强相能明显改善Cu基电接触材料的导电性能、抗氧化性能、硬度和抗电弧侵蚀性能。当含量为5wt.%时,Cu/TiBN电接触材料的抗电弧侵蚀能力最好,重量损失仅为1.5mg。电弧侵蚀时,在Cu/TiBN表面生成TixOy、B2O3和N2等产物,这些产物能明显改善Cu/TiBN电接触材料的抗电弧侵蚀能力。新开发的Cu/TiBN电接触材料具有优异的物理性能和抗电弧侵蚀性能,在电接触行业中拥有广阔的应用前景。     

LaB6改性C/C-ZrC-SiC复合材料的制备及其抗烧蚀性能

采用料浆浸渍结合树脂浸渍裂解法制备了含9.73 wt.% LaB6的LaB6-C/C预制体,再利用反应熔体浸渍法（RMI）制备了LaB6改性C/C-ZrC-SiC复合材料,考察了材料的微观结构和烧蚀行为,探究LaB6对材料抗烧蚀性能的作用机理。结果表明：在热流密度为2380 kw/m2的氧乙炔焰烧蚀120 s后,LaB6改性C/C-ZrC-SiC复合材料的质量烧蚀率和线烧蚀率分别为1.05×10-3 g/s和2.17×10-3 mm/s,较未改性C/C-ZrC-SiC复合材料分别降低了74.8 %和61.9 %。烧蚀过程中,LaB6发生氧化反应生成La2O3和B2O3,La2O3与ZrO2之间的固溶作用以及化学反应,再加之液态B2O3具有促进固相反应传质的作用,使得材料表面形成大面积连续稳定的ZrO2-La2Zr2O7-La0.1Zr0.9O1.95熔融态保护层,这是材料优异抗烧蚀性能的主要原因。     

激光熔覆对Cu抗烧蚀性能的影响

应用激光熔覆法使Ti粉和B4C粉在铜基体表面发生原位反应形成了熔覆层,通过XRD分析确定了熔覆层相组成为TiB2/Cu。熔覆层试样和纯Cu的抗电弧烧蚀实验在自制设备上进行,并采用SEM观察了电弧烧蚀表面的形貌。研究结果表明,随着电弧烧蚀次数的增加,熔覆层试样表面电弧烧蚀和氧化现象并不明显,烧蚀孔洞少且小,没有液态金属喷溅现象;而纯铜试样表面变得较为粗糙,电弧作用的中心处烧蚀氧化严重,有大量的烧蚀坑存在,并且出现液态金属飞溅现象。因此,相对纯铜,TiB2/Cu复合涂层电弧烧蚀显著降低,抗电弧烧蚀性能明显提高。