納米碳和HBN混雜增強(qiáng)Cu-Ti3SiC2-C復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、銅基復(fù)合材料作為一種性能優(yōu)異的功能材料，具有廣泛的應(yīng)用前景，六方氮化硼(HBN)具有良好的熱穩(wěn)定性、機(jī)械加工性能以及摩擦磨損性能，是銅基復(fù)合材料理想的增強(qiáng)相之一;納米碳增強(qiáng)銅基復(fù)合材料近年來吸引了不少研究者的注意，取得了一定的成果。但碳納米管(CNT)和石墨烯(GNP)易團(tuán)聚，在基體中的很難做到均勻分散，鑒于此，本文采用有機(jī)酸對(duì)納米碳進(jìn)行表面改性，提高其分散性能。運(yùn)用熱壓+熱等靜壓相結(jié)合的方法，制備了三批不同成份CNTs-HBN、GNP

2、s-HBN、CNTs-GNPs-HBN共增強(qiáng)Cu-Ti3SiC2-C復(fù)合材料。研究納米碳和HBN含量等對(duì)復(fù)合材料性能的影響，分析了斷口及斷裂機(jī)制，探討了納米碳和HBN對(duì)復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)理，可為多相增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與制備提供一定的參考價(jià)值和理論意義。
　　采用超聲處理和有機(jī)酸處理對(duì)碳納米管、石墨烯進(jìn)行表面改性，沒食子酸水溶液處理碳納米管的濃度為10μg/ml，蘆丁水溶液處理石墨烯的濃度為0.02μg/ml。將經(jīng)過表面改性的碳納

3、米管、石墨烯與HBN、Ti3SiC2、石墨粉末球磨混料、冷凍干燥后制得復(fù)合粉體，先熱壓成型，再熱等靜壓處理以致密化，制備碳納米管、石墨烯、HBN含量不同的共增強(qiáng)Cu-Ti3SiC2-C復(fù)合材料。通過光學(xué)顯微鏡(OM)、掃描電鏡(SEM)和透射電鏡（TEM）觀察分析復(fù)合材料的微觀組織，結(jié)合復(fù)合材料的力學(xué)性能分析增強(qiáng)相對(duì)復(fù)合材料微觀組織及性能的影響。
　　結(jié)果表明，納米碳-HBN增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的整體性能優(yōu)于石墨烯-HBN增強(qiáng)銅基復(fù)合

4、材料和碳納米管-HBN增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，說明碳納米管和石墨烯的協(xié)同增強(qiáng)效果優(yōu)于碳納米管單獨(dú)或者石墨烯單獨(dú)的增強(qiáng)作用。其中，納米碳-HBN增強(qiáng)銅基復(fù)合材料在HBN含量為1.0 wt％、納米碳總含量為0.5 wt％(GNPs.CNTs=4∶1)時(shí)性能最優(yōu)，硬度、抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度以及抗剪切強(qiáng)度分別為:121.91 HV、163.87 MPa、431.86 MPa、122.56 MPa，同比石墨烯單獨(dú)增強(qiáng)的復(fù)合材料分別提高24.53％、50.

5、13％、57.21％、53.07％;同比碳納米管單獨(dú)增強(qiáng)的復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度以及抗剪切強(qiáng)度分別提高114.92 MPa、240.54 MPa、64.13 MPa。
　　在透射電子顯微鏡下觀測到納米碳、HBN在銅基體中形貌，尤其增強(qiáng)相與基體之間形成的界面結(jié)合緊密，證實(shí)納米碳增強(qiáng)相、HBN與銅基體之間界面結(jié)合方式主要以機(jī)械鎖合為主。增強(qiáng)相的增強(qiáng)作用為:細(xì)晶強(qiáng)化、剪切應(yīng)力轉(zhuǎn)移強(qiáng)化、獨(dú)特褶皺結(jié)構(gòu)形成的強(qiáng)化;以及石墨烯的超大界面強(qiáng)化