微波辅助制备CNT-Cu复合材料及其性能研究

发布时间：2017-06-22 10:15

  本文关键词：微波辅助制备CNT-Cu复合材料及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：碳纳米管是一种管状的石墨层,具有许多优异的性能,作为一种理想的增强体被广泛应用于金属基复合材料。碳纳米管增强铜基复合材料是制备电线电缆、耐磨轴承、集成电路片等的理想材料。微波是指频率为300MHz～300GHz的电磁波,微波具有选择性加热、均匀加热、快速加热等优点。本文以微波加热为辅助手段,将微波加热应用于CNTs的纯化和表面改性(镀铜),采用微波烧结方式制备CNT-Cu复合材料,探究微波对各个过程的作用和机理,通过微波烧结粉末冶金法制备CNTs增强Cu基复合材料,对复合材料进行密度、硬度、力学性能测试,并对观察其显微组织。实验结果表明：(1)微波气相法对MWNTs具有良好的纯化效果,从Raman、XRD、TGA的分析结果可知炭质被除去,AFS分析结果显示金属杂质被除去,从SEM和TEM图片可看出纯化后MWNTs间的杂质明显减少,MWNTs的结构几乎无破坏,分散性变好；微波焙烧温度为500℃C,保温时间为20min时纯化效果最好；微波气相法与传统纯化方法比较,纯化效率更高,纯化效果更好,有利于进行大规模的纯化处理。(2)微波加热能有效提高化学镀铜的速率,与普通镀铜相比,本次实验中微波提高镀铜速率约12倍,通过微波辅助进行CNTs的表面镀铜可得到均匀、完整的镀层,镀覆效率高,且对CNTs几乎无破坏。本次化学镀铜实验控制温度统一,排除微波热效应,因此造成微波快速镀铜的原因主要为微波非热效应。(3)通过微波烧结制备的CNT-Cu复合材料性能优异,CNTs含量为1wt.%,微波烧结温度为1000℃,微波烧结30min时,复合材料的密度达到8.3405g/cm3,致密度为96.95%,CNTs含量为2wt.%,1000℃下微波烧结30min时样品的致密度最高,达到98.09%,CNTs含量为2wt.%,1000℃下微波烧结10min时样品的硬度最高,达到395.18HV,2wt.%的CNTs能均匀分散在Cu基体中,起到增强相的作用,微波烧结制备的CNT-Cu复合材料的屈服强度和抗拉强度很高,分别达到254.14MPa和346.85MPa,较纯铜分别提高了30%和20%左右,但材料的断后延伸率8%,断面收缩率约为30%。
【关键词】：碳纳米管 微波加热 纯化 化学镀铜 铜基复合材料
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-29
• 1.1 引言11
• 1.2 碳纳米管的研究现状11-19
• 1.2.1 碳纳米管概述12-13
• 1.2.2 碳纳米管的纯化13-16
• 1.2.3 碳纳米管的表面处理16-19
• 1.3 碳纳米管增强金属基复合材料的研究现状19-23
• 1.3.1 金属基复合材料的制备方法19-21
• 1.3.2 金属基复合材料的性能21-22
• 1.3.3 金属基复合材料的强化机理22
• 1.3.4 碳纳米管增强铜基复合材料22-23
• 1.4 微波加热技术23-27
• 1.4.1 微波加热的原理23-24
• 1.4.2 微波加热的特性24-25
• 1.4.3 微波加热的应用25-26
• 1.4.4 微波烧结研究现状26-27
• 1.5 本文的研究背景与内容27-29
• 第二章 微波辅助进行碳纳米管的纯化29-44
• 2.1 引言29-30
• 2.2 微波气相法纯化碳纳米管30-33
• 2.2.1 微波纯化原理30-32
• 2.2.2 微波纯化工艺32-33
• 2.3 结果与分析33-41
• 2.3.1 氧化温度研究33-35
• 2.3.2 氧化时间研究35-41
• 2.4 微波气相法纯化碳纳米管的分析41-43
• 2.4.1 升温速率对比41-42
• 2.4.2 烧蚀速率对比42-43
• 2.4.3 能耗对比43
• 2.5 小结43-44
• 第三章 微波辅助进行碳纳米管的表面镀铜44-57
• 3.1 引言44-45
• 3.2 微波辅助碳纳米管表面镀铜的工艺45-47
• 3.2.1 氧化处理45
• 3.2.2 敏化处理45-46
• 3.2.3 活化处理46
• 3.2.4 微波辅助化学镀铜46-47
• 3.3 微波辅助碳纳米管表面镀铜的结果与分析47-56
• 3.3.1 碘量法测定Cu~(2+)浓度47-51
• 3.3.2 微波辅助CNTs镀铜的XRD分析51-53
• 3.3.3 微波辅助CNTs镀铜的SEM及EDS分析53-55
• 3.3.4 微波辅助CNTs镀铜的TEM分析55-56
• 3.4 小结56-57
• 第四章 微波烧结制备碳纳米管增强铜基复合材料57-78
• 4.1 引言57-61
• 4.1.1 研究现状57
• 4.1.2 微波烧结的可行性分析57-59
• 4.1.3 正交试验设计59-60
• 4.1.4 CNT-Cu复合材料性能的表征方法60-61
• 4.2 粉末冶金法制备CNT-Cu复合材料61-64
• 4.2.1 球磨混料61-63
• 4.2.2 复合粉末的压制63-64
• 4.2.3 微波烧结制备CNT-Cu复合材料64
• 4.3 复合材料性能的检测与分析64-76
• 4.3.1 密度与硬度分析64-69
• 4.3.2 金相组织分析69-71
• 4.3.3 力学性能分析71-74
• 4.3.4 断口形貌分析74-76
• 4.4 小结76-78
• 第五章 结论78-79
• 致谢79-81
• 攻读学位期间发表的论文及专利81-82
• 参考文献82-93

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