石墨烯/铜基复合材料制备及其力电性能研究

发布时间：2021-07-13 06:22

　　高强高导铜基材料是现代工业重要的基础材料。然而,铜基材料的强度和导电性通常难以兼顾,本文以力电性能优越的石墨烯作为增强体,采用机械合金化和SPS烧结的方法制备石墨烯／铜（G/Cu）复合材料可能是获得高强高导铜基材料的一条有效途径。探究了石墨烯含量、球磨时间和Co含量对材料的组织和力电性能影响,并通过第一性原理计算,研究Co掺杂对G/Cu界面结合性能的影响,进而探讨其对G/Cu复合材料力学性能影响的机理。利用扫面电镜、透射电镜、拉曼光谱、X射线衍射对复合粉体的物相组成、形貌及结构进行分析；利用万能试验机对复合材料的拉伸和压缩性能分析；利用涡流导电仪、显微硬度计、阿基米德排水法、膨胀测试仪分别测复合材料的电阻率、硬度、密度和热膨胀性能。随球磨时间及石墨烯含量的增加,复合材料增强体的分散均匀性、强度、硬度均呈增加的趋势。并且经TEM分析发现石墨烯与铜粉复合良好,石墨烯的结构很好。在8h的球磨时间下,石墨烯含量为0.5wt%复合材料的拉伸屈服强度为235MPa较纯铜120MPa提高了95.8%；压缩强度由纯铜的150MPa提高到620MPa性能提高了近3倍；均值硬度为123HV较纯铜的90HV... 

【文章来源】：昆明理工大学云南省

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 铜基复合材料的研究现状
        1.2.1 颗粒增强铜基复合材料
        1.2.2 纤维增强铜基复合材料
        1.2.3 微结构强化铜基复合材料
        1.2.4 CNTs增强铜基复合材料
    1.3 石墨烯的概述
        1.3.1 墨烯的性能
        1.3.2 石墨烯的应用
        1.3.3 石墨烯的制备
        1.3.4 石墨烯增强铜基复合材料
    1.4 改进复合材料性能的方法
        1.4.1 增进界面结合
        1.4.2 复合材料的后续加工
    1.5 金属基复合材料制备的方法
        1.5.1 液态法
        1.5.2 固态法
        1.5.3 表面复合法
    1.6 本课题主要内容和研究意义
        1.6.1 课题主要内容
        1.6.2 课题研究意义
第二章 研究方案及实验操作
    2.1 石墨烯-铜复合材料制备
        2.1.1 实验原料
        2.1.2 实验仪器及设备
        2.1.3 实验过程
        2.1.4 实验方法
    2.2 材料加工处理及测试方法
        2.2.1 拉伸与压缩试验
        2.2.2 硬度分析
        2.2.3 导电性能分析
        2.2.4 显微组织分析方法
    2.3 第一性原理计算
        2.3.1 计算原理
        2.3.2 计算软件
第三章 石墨烯/铜同复合材料制备及其力电性能研究
    3.1 引言
    3.2 G/Cu复合粉体的制备及表征
        3.2.1 G/Cu复合粉体的形貌分析
        3.2.2 G/Cu复合粉体的XRD分析
        3.2.3 G/Cu复合粉末的TEM分析
    3.3 G/Cu块体复合材料的制备及表征
        3.3.1 G/Cu复合材料的尺寸
        3.3.2 G/Cu复合材料的XRD分析
        3.3.3 G/Cu复合材料的金相分析
        3.3.4 G/Cu复合材料的SEM/EDS分析
    3.4 G/Cu块体复合力电性能
        3.4.1 G/Cu复合材料的拉伸性能分析
        3.4.2 G/Cu复合材料的压缩性能分析
        3.4.3 G/Cu复合材料的硬度分析
        3.4.4 G/Cu复合材料的导电性能分析
    3.5 小结
第四章 钴掺杂石墨烯-铜复合材料的制备及其性能研究
    4.1 引言
    4.2 复合粉体的制备
    4.3 复合粉体的分析
        4.3.1 复合粉体的XRD分析
        4.3.2 复合粉体的SEM分析
    4.4 复合材料的制备
    4.5 复合材料显微组织分析
        4.5.1 透射电镜分析
        4.5.2 G/Cu复合材料相的X射线衍射分析
        4.5.3 烧结试样的金相分析
        4.5.4 复合材料的SEM分析
    4.6 复合材料力电性能测试分析
        4.6.1 机械性能分析
        4.6.2 G/Cu复合材料的导电性
    4.7 小结
第五章 掺Co石墨烯-铜材料界面结合的第一性原理研究
    5.0 引言
    5.1 构建铜基石墨赌复合材料界面模型及计算设置
    5.2 结果与分析
        5.2.1 不含Co界面几何结构及电子结构分析
        5.2.2 Co掺杂对G/Cu界面结合的影响
    5.3 小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录：攻读硕士学位期间发表论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯/Cu复合材料力学性能的分子动力学模拟[J]. 郭俊贤,王波,杨振宇.  复合材料学报. 2014(01)
[2]石墨烯的合成与应用[J]. 黄桂荣,陈建.  炭素技术. 2009(01)
[3]自由态二维碳原子晶体—单层石墨烯[J]. 杨全红,吕伟,杨永岗,王茂章.  新型炭材料. 2008(02)
[4]短碳纤维增强铜基复合材料制备新工艺[J]. 唐谊平,刘磊,赵海军,朱建华,胡文彬.  机械工程材料. 2006(10)
[5]轮轨高速电气化铁路接触网用接触线的研究[J]. 黄崇祺.  中国铁道科学. 2001(01)

硕士论文
[1]石墨烯/铜复合材料制备及性能研究[D]. 李彬.哈尔滨工业大学 2012
[2]少层石墨烯增强铜基复合材料制备和性能研究[D]. 杨帅.哈尔滨工业大学 2011



本文编号：3281532