【摘 要】
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CNTs增强铜基复合材料具有高的导电性和导热性、高的比模量和比强度、良好的耐摩擦性和耐腐蚀性等优点,在电力、电气和电子器件等领域具有广阔的应用前景。但是,CNTs在铜基体
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CNTs增强铜基复合材料具有高的导电性和导热性、高的比模量和比强度、良好的耐摩擦性和耐腐蚀性等优点,在电力、电气和电子器件等领域具有广阔的应用前景。但是,CNTs在铜基体中分散问题和两者界面结合问题一直未被解决。本文主要研究了,CNTs在Cu基体中的分散性和界面结合对复合材料性能的影响。本文采用粉末冶金法制备CNTs/Cu复合材料,主要研究内容和结果如下:(1)高能球磨切割CNTs的研究:在球料比50:1、搅拌桨转速800/1000rpm和填充系数0.21下,原始CNTs分别经干式和湿式球磨0.5～1h后,研究结果表明湿式球磨效果比干式球磨效果更好,得到的CNTs长度更短更集中、破坏程度低、裸露端口更多和产生的缺陷少。(2)CNTs纯化的研究:在浓硝酸和浓硫酸的体积比为3:1、搅拌速度600rpm和温度90℃下对CNTs保温处理4h。研究结果表明,获得的CNTs表面无定形碳和金属催化剂等杂质全被除去,并且在其表面引入了大量的活性含氧官能团,有利于CNTs在铜基体中的分散与结合。(3)高能球磨制备CNTs/Cu复合粉体工艺参数的研究。采用6因素5水平的正交试验表L25(56)研究高能球磨法制备CNTs/Cu复合粉体工艺参数,得到制备CNTs/Cu复合粉体的最优球磨参数为:填充系数0.29、球料比20:1、搅拌桨转速600/800rpm、球磨时间3h、CNTs含量4vol%和CNTs直径10～20nm。(4)CNTs不同修饰工艺对CNTs/Cu复合材料性能影响的研究。首先对CNTs进行不同修饰工艺处理,在通过湿式球磨制备2vol%-CNTs/Cu复合粉体,最后经冷压成型-烧结-复压制得CNTs/Cu复合材料。研究结果表明:CNTs的球磨短切和纯化处理均有利于CNTs在Cu基体中的分散与结合,其中湿磨1h后的CNTs经纯化处理制得2vol-CNTs/Cu复合材料综合性能最高,抗拉强度为296.0MPa、维氏硬度为139.8HV和电导率为54.4%IACS;抗拉强度和维氏硬度较相同工艺制备未加入CNTs的Cu基体材料分别提高了 123.6%和42.9%,电导率较相同工艺制备未加入CNTs的Cu基体材料却降低了 19.6%。综上所述,湿式球磨切断和混酸纯化共同修饰CNTs的工艺适合粉末冶金法制备CNTs/Cu复合粉体,可以提高复合材料的抗拉强度和硬度性能。
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