石墨烯增强铜基复合材料的制备及组织与性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lori1017
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石墨烯由于具有优良的力学性能、电学和热学性能而成为Cu基复合材料理想的增强相。本文利用分子级混合法制备还原氧化石墨烯(RGO)增强Cu基复合材料粉体,并采用放电等离子烧结技术(SPS)制备RGO/Cu纳米复合材料。研究其显微组织、物理及力学性能和摩擦磨损性能。首先对复合材料粉末热还原前后显微组织进行分析,确认GO表面包覆的棒状Cu O颗粒被还原为包覆在RGO表面致密分布的球形Cu颗粒。通过拉曼光谱分析,确定还原过程除去了GO表面上的官能团并恢复了石墨烯结构。通过傅里叶红外光谱分析,确定GO表面的官能团与Cu+发生了配位反应在不同溶液反应温度下利用分子级混合法和SPS烧结技术制备了RGO/Cu纳米复合材料试样,研究了溶液反应温度对复合材料显微组织和性能的影响。结果表明随着溶液反应温度的增加,复合材料的致密度、硬度、电导率和热导率均是先增加后减小,当溶液反应温度为80℃时,Cu镀层覆盖了整个RGO片,并且Cu晶粒分布连续致密。并且在此温度下制备的RGO/Cu纳米复合材料试样其致密度、硬度、电导率和热导率均是达到最大值。在80℃溶液反应温度下,用分子级混合法和SPS烧结技术在不同溶液PH值制备了RGO/Cu纳米复合材料,研究溶液PH值对复合材料显微组织和性能的影响。结果表明随着PH值的增加,复合材料的致密度、硬度、电导率和热导率均是先增加后减小,在PH为10时复合材料的显微组织达到最佳形貌,同时还具有最佳的综合性能,此时材料的致密度、硬度、电导率和热导率分别达到0.955、111HBS、90.5%IACS和370 W/m·k。通过对不同含量RGO制备的RGO/Cu纳米复合材料进行性能测试,测试结果表明:随着RGO含量的增加,复合材料的致密度、电导率和热导率均是不断降低。而复合材料的硬度、抗拉强度和抗弯强度均是先增加后降低。通过对复合材料进行摩擦磨损实验研究滑动速度和RGO含量对摩擦磨损性能的影响,结果表明:随着滑动速度的增加,进入对磨环与样品之间的气体增多,这一方面会使产生的气体上浮力增加,导致作用在样品上的压力降低,另一方面气体的增加会在磨损表面产生气体润滑作用,导致摩擦系数与磨损率下降。因此随着滑动速度的增加,复合材料的耐磨性增强;随着RGO含量的增加,复合材料中RGO与铜的界面增加,导致其强度降低,故而摩擦系数磨损率上升。因此随着RGO含量的增加,复合材料的耐磨性减弱。
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