RGO/Cu复合材料的制备与性能研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:fongyu061440
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石墨烯(Gr)具有碳原子sp2杂化轨道组成的单原子层厚的二维晶体结构,其电学、光学、热学和机械性能优异,作为增强相已成功用于金属基复合材料,特别是对于铜基复合材料。虽然石墨烯能够提高铜基材料硬度与抗拉强度,但如何改善石墨烯的分散性以及提高基复合材料的伸长率,是目前急需解决的关键问题。本文采用复压复烧方法来制备还原氧化石墨烯/铜复合材料,并结合超声分散与湿法球磨技术提高氧化石墨烯的分散性,探究了氧化石墨烯的添加量对复合材料组织与性能的影响;基于正交实验优化了RGO/Cu复合材料制备工艺,得到以下主要结论:研究了不同增强相对铜基复合材料微观组织的影响,结果表明,RGO的分散性明显优于C、CNT和Gr,因此RGO/Cu复合材料相对密度最高(99.04%),且电导率最大(91.64 IACS%)。增强相的添加提高了复合材料的显微硬度和抗拉强度(石墨除外),其中RGO/Cu复合材料显微硬度和抗拉强度均最高,分别为71.2 HV和229.22 MPa,相比于纯铜分别提高了23.6%和25.35%,细晶强化和位错强化是其主要强化机制。而由于铜-碳界面强度较低,导致RGO/Cu复合材料断后伸长率低于纯铜,为66.8%。正交实验结果表明,工艺参数对RGO/Cu复合材料相对密度影响程度的主次顺序为:复压压力>初压压力>初烧温度>复烧温度。对RGO/Cu复合材料显微硬度影响程度的主次顺序依次为:初压压力>初烧温度>复压压力>复烧温度。综合考虑各因素的影响,获得了0.5 wt.%RGO/Cu复合材料较佳制备工艺参数:初压压力600 MPa,初烧温度950℃,复压压力1000 MPa,复烧温度600℃,并采用较佳工艺参数制备RGO/Cu复合材料伸长率达67.98%。探究了GO添加量对复合材料组织与性能的影响,当GO添加量超过0.5wt.%时,RGO团聚加剧,RGO/Cu复合材料相对密度先增大后减小。0.5 wt.%RGO/Cu复合材料的相对密度最大,为99.4%。Cu-RGO-Cu的界面传导不利于电子传导,导致RGO/Cu复合材料电导率随GO添加量的上升而下降,1.0 wt.%RGO/Cu复合材料电导率下降至90.83 IACS%。GO添加量越大,RGO/Cu复合材料的显微硬度越高,分别为68.4 HV(0.3 wt.%)、71.2 HV(0.5 wt.%)和80.6HV(1.0 wt.%)。然而Cu-RGO的界面结合强度低和RGO的团聚导致RGO/Cu复合材料断裂机制由韧性断裂(0.3-0.5 wt.%)转变为半脆性断裂(1.0 wt.%),其抗拉强度和断后伸长率逐渐下降,其中0.3 wt.%RGO/Cu复合材料伸长率达76.7%。
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