碳纤维表面合金化及其镀层界面特征研究

发布时间：2017-10-21 13:30

  本文关键词：碳纤维表面合金化及其镀层界面特征研究

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【摘要】：碳纤维由于具有高的比强度、比模量、耐高温、耐疲劳、低膨胀和自润滑等优异的综合性能,使其成为一种非常理想的制备铜基复合材料的增强体材料。但是,碳纤维与金属铜之间的润湿性较差,为此往往需要对碳纤维进行表面处理。采用化学镀工艺分别在碳纤维表面施加Ni层、Cu层以及Cu/Ni双层镀层。研究了镀液pH值、施镀温度和施镀时间对镀层沉积速率及表面形貌的影响,确定了化学镀Ni、Cu最佳工艺参数以及化学镀Cu/Ni双镀层方法。碳纤维表面化学镀Ni的最佳工艺是:镀液pH值8.0,施镀温度70℃,施镀时间3min;碳纤维表面化学镀Cu的最佳工艺是:镀液NaOH浓度14g/L,施镀温度55℃,施镀时间2min;碳纤维化学镀Cu/Ni双镀层,镀完Cu之后镀Ni时需要进行诱导反应。对不同镀层的碳纤维进行750℃真空热处理。利用SEM、EDS和XRD对热处理前后镀层形貌、成分、物相以及碳纤维微观结构进行分析。结果表明:热处理前后,镀Cu碳纤维界面结合方式始终为机械结合,镀Ni碳纤维和Cu/Ni双镀层碳纤维界面由机械结合转变为扩散结合;热处理对镀Cu碳纤维结构无影响,而镀Ni和Cu/Ni双镀层碳纤维结构发生了石墨化转变,Ni是造成碳纤维石墨化的主要因素,Cu的存在可以有效的降低Ni对碳纤维结构的改变,所以Cu/Ni双镀层碳纤维石墨化程度要低于镀Ni碳纤维,同时还保证了界面为扩散结合。使用真空热压烧结制备碳纤维体积含量为5%、15%、25%的CF/Cu复合材料。对短碳纤维增强铜基复合材料的密度、显微硬度以及导电性进行测试。结果如下:随着碳纤维体积百分比的增大,复合材料实际密度下降,硬度升高,导电性降低。由于三种镀层碳纤维界面结合特征的不同,对其所制备的CF/Cu复合材料的性能也会产生影响,具体如下:Cu/Ni双镀层碳纤维增强铜基复合材料的密度高于镀Cu碳纤维而低于镀Ni碳纤维所制备铜基复合材料;硬度远远地高于镀Cu碳纤维更高于镀Ni碳纤维所制备铜基复合材料;导电性低于镀Cu碳纤维,但是明显高于镀Ni碳纤维所制备铜基复合材料。
【关键词】：碳纤维 化学镀 结合方式 铜基复合材料
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ342.742;TB306
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 碳纤维概述8-9
• 1.1.1 碳纤维简介及分类8
• 1.1.2 碳纤维的特性8-9
• 1.1.3 碳纤维的国内外发展现状9
• 1.2 碳纤维表面改性研究进展9-12
• 1.2.1 碳纤维表面改性方法9-11
• 1.2.2 化学镀技术11-12
• 1.3 镀层碳纤维界面结合特征研究进展12-16
• 1.3.1 碳纤维与金属基体之间的界面结合12-14
• 1.3.2 碳纤维增强铜基复合材料的研究现状14-15
• 1.3.3 CF/Cu复合材料界面进展15-16
• 1.4 本论文研究的意义及主要内容16-18
• 第二章 碳纤维表面合金化工艺的研究18-35
• 2.1 实验原料、设备及方法简介18-22
• 2.1.1 实验原料及设备18-19
• 2.1.2 碳纤维预处理19-20
• 2.1.3 碳纤维表面合金化试样的制备20-21
• 2.1.4 镀后处理21
• 2.1.5 沉积速率的计算21
• 2.1.6 镀层结合力测试21-22
• 2.1.7 镀层形貌观察22
• 2.2 碳纤维化学镀NI工艺的研究22-27
• 2.2.1 pH对沉积速率及显微形貌的影响22-23
• 2.2.2 反应温度对沉积速率及显微形貌的影响23-25
• 2.2.3 反应时间对沉积速率及显微形貌的影响25-26
• 2.2.4 镀层结合力测试26-27
• 2.3 碳纤维化学镀CU工艺的研究27-33
• 2.3.1 pH对沉积速率及显微形貌的影响27-28
• 2.3.2 反应温度对沉积速率及显微形貌的影响28-30
• 2.3.3 反应时间对沉积速率及显微形貌的影响30-32
• 2.3.4 镀层结合力测试32-33
• 2.4 碳纤维化学镀CU/NI复合镀层33-34
• 2.4.1 碳纤维表面化学镀Cu/Ni复合镀层工艺33
• 2.4.2 镀层结合力测试33-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 镀层碳纤维界面结合特征的影响35-41
• 3.1 试样制备及实验方法35
• 3.2 不同镀层碳纤维界面结合特征的研究35-40
• 3.2.1 热处理对镀层形貌的影响35-36
• 3.2.2 热处理对镀层成分及界面断口形貌的影响36-38
• 3.2.3 热处理对碳纤维结构的影响38-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第四章 不同镀层碳纤维界面结合特征对CF/CU复合材料性能的影响41-49
• 4.1 实验原料、试样制备及测试方法41-43
• 4.1.1 实验原料41
• 4.1.2 短碳纤维增强铜基复合材料的制备41-42
• 4.1.3 分析测试方法42-43
• 4.2 短碳纤维增强铜基复合材料的性能研究43-48
• 4.2.1 显微形貌43-44
• 4.2.2 密度44-46
• 4.2.3 硬度46-47
• 4.2.4 电导率47-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 结论49-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-56
• 作者简介56
• 攻读硕士学位期间研究成果56

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本文编号：1073634