【摘 要】
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碳纳米管（Carbon Nanotubes,CNTs）因其低密度、优异的机械强度、高导电导热性、低膨胀系数以及良好的自润滑性能等优点,已成为制造高性能复合材料的增强体之一。现有研究表明,CNTs均匀分散于金属基体中,可显著提升复合材料的机械强度,但会伴随塑性和导电性能的降低,难以发挥复合性能的优势。基于复合结构设计,实现增强体分布形态的调控和优化,是实现复合材料性能协同强化的有效思路。我们前期研究
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碳纳米管（Carbon Nanotubes,CNTs）因其低密度、优异的机械强度、高导电导热性、低膨胀系数以及良好的自润滑性能等优点,已成为制造高性能复合材料的增强体之一。现有研究表明,CNTs均匀分散于金属基体中,可显著提升复合材料的机械强度,但会伴随塑性和导电性能的降低,难以发挥复合性能的优势。基于复合结构设计,实现增强体分布形态的调控和优化,是实现复合材料性能协同强化的有效思路。我们前期研究中将高强度CNTs/Cu复合泡沫作为三维骨架用于增强金属铜,同时获得了高的强度、塑性和导电性能,初步验证了这种复合结构对综合性能提升的有效性,但是CNTs与铜之间的润湿性较差,复合界面有待进一步改善。而CNTs和镍之间存在很强的化学吸附和界面结合,并且结构相同的铜和镍可形成不同比例的固溶体,增强冶金结合。本文在前期基础上展开进一步研究,在CNTs表面引入镍纳米颗粒修饰,以达到进一步提升CNTs/Cu复合泡沫以及三维骨架增强铜基复合材料性能的目的。本文的主要研究内容如下:（1）基于超声辅助化学镀工艺制备Ni-CNTs,再采用电沉积工艺在导电的三聚氰胺模板上复合电沉积Ni-CNTs/Cu,最后通过热处理工艺制备Ni-CNTs/Cu泡沫。该复合泡沫中的Ni-CNTs在铜基体中均匀分散,镀层致密光滑。当Ni-CNTs含量为0.16wt.%时,Ni-CNTs/Cu泡沫呈现最优的压缩性能和能量吸收能力。（2）基于Ni-CNTs/Cu复合泡沫,将其作为三维骨架增强金属铜,制备Ni-CNTs/Cuf（?）Cu复合材料,研究CNTs表面修饰镍纳米颗粒对复合材料界面结合的影响。结果表明,纳米尺寸的界面过渡区能有效提高CNTs与Cu之间的界面结合强度。Ni-CNTs/Cuf（?）Cu复合材料的电导率几乎与CNTs/Cuf（?）Cu复合材料保持一致,约为95.6%IACS;极限抗拉强度（～364.9MPa）明显高于CNTs/Cuf（?）Cu复合材料的极限抗拉强度（～334.0MPa）。（3）研究Ni-CNTs含量对Ni-CNTs/Cuf（?）Cu复合材料性能的影响。结果表明,随着Ni-CNTs含量的提高,复合材料的致密度和电导率都下降,硬度和拉伸性能先提高后降低。当Ni-CNTs含量为0.04wt.%时,复合材料的电导率保持在95.8%IACS,极限抗拉强度达到360.3MPa,延伸率保持在47.7%;当Ni-CNTs过量时,复合材料的极限抗拉强度和延伸率大幅度下降。在磨损过程中,随着Ni-CNTs含量增加,其自润滑性能逐渐在铜表面发挥作用,0.04wt.%Ni-CNTs的试样平均摩擦系数最低。
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