CNTs/Cu复合材料的抗电弧烧蚀特性

通过对电弧截流现象和阴极斑点特性的分析,研究了碳纳米管铜复合材料(CNTs/Cu)在真空电弧放电过程中的抗电弧烧蚀性能。结果表明:随着CNTs含量的增加,复合材料的截流值逐渐降低,电弧寿命逐渐延长,烧蚀斑点更加分散、细小,烧蚀面积减小;CNTs/Cu复合材料的阴极斑点主要集中在正对阳极的阴极表面,且选择性地发生在Cu相上;抗电蚀性较好的CNTs呈网络状分布起到骨架作用,减少了液体铜的飞溅。因此, CNTs的加入可以有效地提高Cu基复合材料的电弧稳定性,使其抗电弧烧蚀能力得到增强。     

纯石墨和铜-石墨的阴极斑点与截流值研究

研究了纯石墨和铜-石墨材料的阴极斑点的特性及真空电弧截流现象.发现纯石墨的阴极斑点呈现随机运动的特点,斑点的直径小于3μm,阴极斑点每次运动的距离约为阴极斑点的半径.而铜-石墨的阴极斑点的运动与Cu相息息相关,它选择性的发生在Cu相上,阴极斑点的大小取决于Cu相的大小,阴极斑点的运动距离为Cu相之间的距离.同时,铜-石墨的真空电弧截流值1.18 A,远远大于纯石墨的截流值,这主要是由于两种材料不同的阴极斑点运动特性引起的.     

高能球磨工艺对CNTs/Cu复合粉末与材料性能的影响

采用卧式高能球磨和机械合金化工艺制备了纳米碳管增强铜基(CNTs/Cu)复合粉体,并采用真空冷压烧结法制备出CNTs/Cu复合材料。研究了高能球磨工艺参数对复合粉体与材料性能的影响,包括球磨时间和搅拌轴转速对复合粉体粒度、松装密度的影响,及其对该复合材料力学性能的影响。结果表明,高能球磨技术有利于CNTs与铜的界面结合和机械合金化。高能球磨的最佳工艺条件为搅拌轴线速度为4.2/5.4 m/s和球磨时间为2~4h,得到的CNTs/Cu复合粉体中位径11.76μm,松装密度1.356 g/cm3。CNTs/Cu复合材料的致密度达94%,硬度达92 HB,抗拉强度达138 MPa。     

纳米Cu阴极斑点短程有向运动分析

采用扫描电子显微镜（SEM）观察了纳米Cu阴极在峰值电流为10A的小击穿电流下首击穿后的阴极表面烧蚀形貌，发现纳米Cu的阴极斑点从产生到熄灭期间的运动（即短程运动）并不是随机的，而是有一定取向的；进一步通过和常规Cu首击穿烧蚀形貌对比，分析了产生有向运动的原因。结果表明：纳米Cu阴极斑点的短程有向运动有利于电弧分散，细化晶粒是减轻烧蚀的一种途径。     

制备工艺对WCu30合金的显微组织及抗电弧烧蚀性能的影响

采用2种不同的真空熔渗工艺制备出WCu30合金,测定了2种合金的理化性能及力学性能;对2种合金进行了真空电击穿试验,测量其击穿时的截流值和击穿场强;使用SEM分析了2种合金的显微组织及电弧烧蚀后的表面形貌,比较了两者的抗电弧烧蚀能力。结果表明,烧骨架熔渗法制备的WCu30合金显微组织均匀,铜相平均尺寸为10~20μm;混粉熔渗法制备的WCu30合金中的铜相大小不一致,存在长条状铜相聚集体,其最大尺寸可达80~100μm。烧骨架法制备的WCu30合金的硬度、抗弯强度、抗电弧烧蚀能力高于混粉法制备的合金,其电弧侵蚀方式以铜相的蒸发气化为主,而混粉法的合金则以铜相的喷溅方式为主。烧骨架法的WCu30合金的平均耐电压强度高于混粉法合金,而平均截流值低于混粉法合金。     

不同颗粒增强铜基复合材料的真空电击穿性能

采用粉末冶金法制备Al_2O_3/Cu和Cr30/Cu复合材料,采用熔渗法制备W80/Cu(-Al_2O_3)复合材料,观察其微观组织,测试其真空电击穿性能。结果表明:Al_2O_3/Cu和Cr30/Cu复合材料有较低的截流值,Cr30/Cu复合材料有较高的耐电压强度,且燃弧时间更加稳定;在W80/Cu复合材料中引入Al_2O_3强化粒子能提高其耐电压强度,降低截流值;Al_2O_3/Cu和Cr30/Cu复合材料电弧烧蚀区域均匀分散,而W/Cu复合材料电弧侵蚀集中,侵蚀坑较深,但能减弱熔融金属喷溅;Cr30/Cu复合材料抗真空电击穿性能最优。     

纤维结构W/Cu触头材料的制备

采用织网叠层法,以钨丝为纬线,铜丝为经线编织二维网,将网与铜坯叠放在一起,于真空烧结炉中熔渗的真空熔渗工艺制备纤维结构W/Cu触头材料。试验给出了该工艺的主要工艺参数。与粉末冶金制造的W/Cu触头材料的烧蚀性能作对比,从触头表面在电弧烧蚀后的熔层形貌分析表明,纤维结构W/Cu触头材料呈现较好的抗烧蚀特性。     

原位合成Cr2Nb/CuCr复合材料及其真空电特性

采用真空烧结熔渗法制备不同Cr2Nb含量的Cr2Nb/CuCr复合材料.通过XRD和SEM研究复合材料的组织结构,采用SEM和高速摄影研究原位合成的Cr2Nb对复合材料表面电弧运动及表面烧蚀形貌的影响.结果表明:随着Cr-Nb复合粉末添加量的增加,Cr2Nb/CuCr复合材料的硬度、电导率、截流值、电弧寿命和耐电压强度均有明显改善,当Cr-Nb复合粉末的添加量为7％(质量分数)时,Cr2Nb/CuCr复合材料的阴极斑点更为分散,截流值显著降低,电弧寿命明显延长.与常规CuCr合金性能相比,Cr2Nb/CuCr复合材料表现出较好的综合性能.     

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/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.     

SiC_P尺寸对铜基复合材料抗氧化性及磨损性的影响

采用粉末冶金法制备了SiC粒径分别为10、20和40μm的SiCP./Cu复合材料,对复合材料的抗氧化性和耐磨损性进行了研究,并对磨损形貌进行了观察.结果表明,在氧化温度为400～700℃时,SiCp/Cu复合材料的抗氧化性优于纯铜,粒径为20μm的SiCp,/Cu复合材料的抗氧化性最优.复合材料的磨损性能也随SiCp粒径的变化发生明显改变,在载荷≤100N时,SiCp粒径增大有助于提高复合材料的耐磨性,其磨损机制主要是磨粒磨损;随着载荷的增加,大粒径SiCp易于破损,复合材料磨损率剧增,其磨损机制是磨粒磨损及剥层磨损的复合作用.     

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.     

CuCr触头材料小电流下阴极斑点与截流值研究

研究了在峰值电流分别为10A和80A的小击穿电流下，CuCr25与CuCr50合金阴极斑点蚀坑形貌的差异。通过比较阴极斑点蚀坑的大小和分布，分析了CuCr触头材料显微组织中Cr相尺寸的大小对阴极斑点运动和蚀坑形貌的影响。采用示波器直接测量出截流值和电弧寿命，结合CuCr合金阴极斑点蚀坑形貌的分布，从现象和机理上解释了CuCr25合金截流值低于CuCr50合金的原因。这些结果对通过优化CuCr合金的显微组织以降低触头材料的截流值提供了有力的依据。     

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%。     

电流对碳纳米管增强铜基复合材料载流摩擦学性能的影响

采用粉末冶金方法在相同的工艺条件下制备纯铜和碳纳米管含量为10%（体积分数）的铜基复合材料。在一种销盘式载流摩擦磨损试验机上考察了不同电流条件下2种材料的载流摩擦磨损性能。结果表明：纯铜和铜基复合材料的摩擦系数和磨损率均随电流的增大而增大,但是电流对纯铜材料的影响更加显著;纯铜材料的主导磨损机制是电弧烧蚀磨损,而铜基复合材料的主导磨损机制是塑性流动变形;碳纳米管可以改善铜基复合材料的载流摩擦磨损性能。     

Cu/Mo双涂层改性SiCf/Ti6Al4V复合材料的界面与性能

采用箔-纤维-箔(FFF)法分别制备无涂层、C涂层和Cu/Mo双涂层改性的SiCf/Ti6Al4V复合材料,对制备态复合材料的力学性能和界面微观组织进行对比分析,进一步研究不同真空热暴露处理对Cu/Mo双涂层改性复合材料的界面微区的影响规律。结果表明,制备态下Cu/Mo涂层比C涂层较好地改善了复合材料的界面组织和性能,且对基体和纤维中元素扩散均具有一定的阻挡作用;求得900℃下SiCf/Cu/Mo/Ti6Al4V界面反应的生长动力学公式为H=1.380t1/2+5.397。     

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。