CNTs/Cu复合线材的制备工艺及其性能的研究

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:shermanx
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铜作为唯一能大量天然产出的金属,以其良好的塑性,优异的导电、导热性以及耐腐蚀性而被广泛应用于电气、轻工、机械制造、建筑工业、国防工业等领域。但随着科技的发展,社会的进步,人们对铜在室温强度、高温性能等方面提出了更高的要求。而碳纳米管以其优异的结构和性能,被作为优良的金属基体增强相。其中,以碳纳米管为增强相来提升铜基材料力学方面性能的研究取得了较大的进展。碳纳米管增强铜基复合材料在诸多领域都有着极为广阔的发展前景。许多方法被用来制备CNTs/Cu复合材料,但不同的方法存在着不同的缺陷,因此本文尝试使用一种新的静电吸附-喷雾干燥的工艺来制备不同碳纳米管含量的复合粉末,然后将复合粉末进行真空烧结、热挤压和拉拔等加工工艺最终制备出CNTs/Cu复合线材。运用金相显微镜、扫描电子显微镜、硬度测试机、涡流导电仪、拉伸试验机等对材料的微观组织形貌、硬度、导电性能、拉伸强度等进行了测试,最终得出一种适合本工艺的碳纳米管含量参数。在确定较为优异的碳纳米管含量参数后,通过改变烧结方式来探究不同烧结方式对材料微观结构及性能的影响。除了上述的检测外还对不同烧结方式制备的复合材料进行了透射电子显微镜观察,并对增强机制做出了一定的分析。结果表明:静电吸附-喷雾干燥的工艺在碳纳米管含量较低时能够在一定程度上使碳纳米管均匀的分布在铜基体中,并拥有较好的界面结合性,同时能够很好的保证碳纳米管的完整性,生产流程短,效率较高。但随着碳纳米管含量的增多,其分散性难以得到保障。其中碳纳米管含量为0.4 wt.%时材料拥有较为优异的性能。而经过热挤压和拉拔制得的棒材和线材通过对致密度、晶粒尺寸、碳纳米管的分散性、晶粒及碳纳米管的定向性等方面的改善,分别对于机械性能和电学性能都有一定的提升,块体、棒材、线材的拉伸强度分别为210MPa、312MPa和350Mpa,块体、线材的导电性能分别为64.3%IACS和86.9%IACS。SPS烧结法对材料的致密度和晶粒尺寸控制方面有很大的提升,其对制备的块体材料及后续的挤压棒材的性能都有一定的提升,块体和棒材的硬度分别提升到了92.3HV和108.8HV,拉伸强度分别提升到了262MPa和323MPa但在经历过拉拔的大塑性变形加工后材料的微观组织和性能会趋于一致。在透射电镜中可以观察到,碳纳米管含量适宜时,在基体中分散良好,在经过热挤压和拉拔后与铜基体的界面变得模糊,并且可能生成了结合性很强的Cu-O-C界面。而碳纳米管含量较多时碳纳米管表现为很多的团聚并可能因为很差的界面结合而从铜基体脱落。最终对于复合材料的增强机制做了一定的分析。
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