石墨烯和碳纳米管/铜复合材料的制备及轧制

发布时间：2021-03-09 09:40

　　石墨烯和碳纳米管（CNT）具有优异的力学性能,它们是制备复合材料的理想增强体。纯铜力学性能较低,用石墨烯和碳纳米管作为铜基复合材料的增强体能显著提高复合材料的力学性能。此外,轧制可以产生加工硬化,显著降低材料中缩松、缩孔、气孔和空隙等组织缺陷,从而提高材料的力学性能。采用分子水平混合法和热压烧结制备了石墨烯/铜复合材料,并通过测试不同烧结工艺下复合材料的力学性能,从中选出了最佳烧结工艺;同时利用球磨法和最佳烧结工艺制备了碳纳米管/铜复合材料。对两种复合材料分别进行轧制,研究了不同轧制条件对两种复合材料组织和性能的影响。通过XRD、SEM、TEM等检测方法分别研究了轧制前后的应力变化、增强相和基体之间的界面结合状况、增强相在基体中的形貌。实验结果表明,制备复合材料的最佳烧结工艺为温度650oC、保温时间30min、烧结压力40MPa;氧化石墨烯含量为0.5vol.%,CNT含量为0.5wt.%,烧结后石墨烯/铜复合材料的抗拉强度达到333MPa;碳纳米管/铜复合材料的抗拉强度达到243MPa。轧制结果表明,轧制之后两种复合材料的内应力变化很大、力学性能进一步提高,并且轧制横向的抗拉强度明... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 石墨烯和碳纳米管简介
        1.1.1 石墨烯简介
        1.1.2 氧化石墨烯的特性
        1.1.3 碳纳米管简介
    1.2 石墨烯及其衍生物在金属基复合材料中的应用
        1.2.1 石墨烯增强金属基复合材料的限制
        1.2.2 石墨烯/铝复合材料
        1.2.3 石墨烯/铜复合材料
        1.2.4 石墨烯/镁复合材料
    1.3 CNT在金属基复合材料中的应用
        1.3.1 CNT增强金属基复合材料的限制
        1.3.2 碳纳米管/铝复合材料
        1.3.3 碳纳米管/镁复合材料
        1.3.4 碳纳米管/铜复合材料
    1.4 石墨烯、碳纳米管/铜复合材料的制备方法
    1.5 轧制在复合材料中的应用
        1.5.1 冷轧板材的工艺特点
        1.5.2 薄板带材的轧制工艺
        1.5.3 轧制在材料中的应用
    1.6 论文主要研究内容
第2章 实验材料与方法
    2.1 实验方案
        2.1.1 实验原料
        2.1.2 实验流程
        2.1.3 复合材料的烧结
        2.1.4 复合材料的轧制及其退火
    2.2 复合材料的抗拉强度测试
    2.3 材料组织结构分析
        2.3.1 X射线衍射分析
        2.3.2 扫描电镜分析
        2.3.3 场发射扫描电镜分析
        2.3.4 透射电镜分析
第3章 石墨烯/铜复合材料的制备
    3.1 复合粉末的制备
        3.1.1 分子水平混合法制备复合粉末前驱体
        3.1.2 复合粉末前驱体的氧化
        3.1.3 复合粉末的还原
        3.1.4 复合粉末的形貌
    3.2 复合材料制备工艺
        3.2.1 烧结温度的确定
        3.2.2 保温时间的确定
        3.2.3 氧化石墨烯含量的确定
    3.3 场发射扫描电镜下石墨烯的形态
    3.4 复合材料的增强相分析
    3.5 本章小结
第4章 轧制对石墨烯/铜复合材料的影响
    4.1 压下量对材料的影响
        4.1.1 压下量对材料性能的影响
        4.1.2 压下量对材料组织的影响
    4.2 轧制道次和轧制方向对材料的影响
        4.2.1 轧制道次对材料性能的影响
        4.2.2 轧制方向对材料性能的影响
        4.2.3 轧制方向和横向的拉伸断口形貌
        4.2.4 单向和双向轧制对材料性能的影响
    4.3 轧制前后的应力分析
    4.4 退火对材料的影响
        4.4.1 退火对复合材料性能的影响
        4.4.2 退火前后的应力变化
    4.5 TEM微观组织形貌
        4.5.1 横截面的TEM形貌
        4.5.2 横截面的界面分析
        4.5.3 纵截面的TEM形貌
        4.5.4 纵截面界面分析
    4.6 本章小结
第5章 轧制对碳纳米管/铜复合材料的影响
    5.1 碳纳米管/铜复合材料的制备
    5.2 压下量对材料的影响
        5.2.1 压下量对材料性能的影响
        5.2.2 压下量对材料组织的影响
        5.2.3 不同压下量下材料的断口形貌
    5.3 轧制道次和轧制方向对材料的影响
        5.3.1 轧制道次对材料性能的影响
        5.3.2 轧制道次对材料组织的影响
        5.3.3 轧制方向对材料性能的影响
        5.3.4 轧制方向和横向的拉伸断口形貌
    5.4 轧制前后的应力分析
    5.5 TEM微观组织形貌
        5.5.1 横截面的TEM形貌
        5.5.2 横截面的界面分析
        5.5.3 纵截面的组织形貌
        5.5.4 纵截面的界面分析
    5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯增强铝基纳米复合材料的研究[J]. 燕绍九,杨程,洪起虎,陈军洲,刘大博,戴圣龙.  材料工程. 2014(04)
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[3]热轧工艺对TSCR流程生产取向硅钢组织和性能的影响[J]. 裴英豪,项利,施立发,王立涛,陈其安.  钢铁. 2012(12)
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[5]铝/钢复合管轧制开裂的原因分析[J]. 骆瑞雪.  热加工工艺. 2012(13)
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博士论文
[1]ZK61镁合金薄板轧制与组织、织构及性能研究[D]. 陈文振.哈尔滨工业大学 2013

硕士论文
[1]AZ31镁合金多道次热轧工艺及组织性能研究[D]. 付莉杰.哈尔滨工业大学 2013
[2]粉末热挤压制备的硼酸镁晶须增强6061铝基复合材料力学性能及其强化机制[D]. 刘国龙.兰州理工大学 2013
[3]AZ40镁合金板材冷轧工艺研究[D]. 王海露.哈尔滨工业大学 2011
[4]2E12高强耐疲劳铝合金轧制工艺和疲劳性能的研究[D]. 邓少奎.燕山大学 2007



本文编号：3072661