超顺排碳纳米管增强铜基复合材料的制备与组织性能分析

发布时间：2017-06-15 18:06

  本文关键词：超顺排碳纳米管增强铜基复合材料的制备与组织性能分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：纯铜材料具有优异的导电性能和导热性能,因而被广泛应用于各种导电、导热元器件的制造,但是纯铜较低的强度使其应用范围受到很大限制,因此,制备高强度和高导电性兼备的纯铜材料具有重要意义。超顺排碳纳米管薄膜(SACNT)内的碳纳米管具有高度定向的特征,可以对复合材料实现定向的增强作用。本文采用电镀法制备了超顺排碳纳米管膜增强纯铜复合材料。这种制备工艺是将SACNT薄膜铺放在钛板上,随后在表面电镀一层纯铜,通过不断重复铺膜和电镀的过程,可以得到含有几十层到几百层碳纳米管薄膜和纯铜层的层状复合材料。这种方法工艺简单,可控性强,有利于实现复合材料的大批量生产。本文采用 高酸低铜‖和 高铜低酸‖两种硫酸盐镀液制备了SACNT/Cu复合材料。实验结果表明: 高酸低铜‖镀液制备的复合材料镀层表面粗糙度较大,SACNT薄膜的完整性受到破坏,界面结合情况不佳,相比于电镀纯铜材料,SACNT薄膜的加入无法起到增强作用。 高铜低酸‖镀液制备的复合材料镀层表面粗糙度较小,SACNT的超顺排特征保留在了复合材料中,界面结合情况较好,相比于电镀纯铜材料,复合材料的抗拉强度和屈服强度均大幅提升,而导电能力没有受到明显影响。利用高铜低酸镀液制备的复合材料,在SACNT体积分数为2.6%时综合性能最好,抗拉强度达到272MPa,较基体提升了40.7%,导电率为84.7%IACS,仅比基体降低了3.4%。通过理论计算发现,如果进一步改善碳纳米管与基体的界面结合,复合材料的力学性能还可以大幅提高,而碳纳米管良好的导电能力使复合材料能够保持较高的导电率。
【关键词】：铜基复合材料 超顺排碳纳米管 电镀
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB333
【目录】：

• 摘要3-4
• abstract4-8
• 第1章 绪论8-23
• 1.1 课题研究背景及意义8-9
• 1.2 高强高导铜材料的设计思路9-10
• 1.3 铜基复合材料研究现状10-19
• 1.3.1 铜基复合材料的分类10
• 1.3.2 铜基复合材料的基体10-11
• 1.3.3 铜基复合材料的增强体11-13
• 1.3.4 碳纳米管增强铜基复合材料的研究现状13-19
• 1.4 电镀纯铜的工艺方法19-20
• 1.4.1 电镀工艺特点19
• 1.4.2 电镀纯铜的镀液体系19-20
• 1.5 本文研究内容20-23
• 第2章 SACNT/Cu复合材料制备23-30
• 2.1 实验方案23-24
• 2.2 实验材料24-25
• 2.2.1 硫酸铜镀液24
• 2.2.2 增强体24
• 2.2.3 电镀极板24-25
• 2.3 SACNT/Cu复合材料的制备方法25-27
• 2.4 力学性能测试27
• 2.5 电学性能测试27-28
• 2.6 微观组织观察28-30
• 第3章 SACNT/Cu复合材料微观组织分析30-44
• 3.1 SACNT/Cu复合材料镀层的腐蚀形态特征30-31
• 3.2 镀液体系对镀层形态特征的影响31-38
• 3.2.1 不同镀液体系下镀层的形态特征31-34
• 3.2.2 不同镀液体系下镀层的表面粗糙度变化34-36
• 3.2.3 表面粗糙度对基体中SACNT薄膜形态特征的影响36-38
• 3.3 电流密度对镀层形态特征的影响38-40
• 3.4 碳纳米管与基体的界面结合观察40-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第4章 SACNT/Cu复合材料性能分析44-58
• 4.1 SACNT/Cu复合材料的力学性能44-49
• 4.1.1 SACNT/Cu复合材料的室温力学性能44
• 4.1.2 高铜低酸电镀材料的力学性能44-47
• 4.1.3 高酸低铜电镀材料的力学性能47-49
• 4.2 SACNT/Cu复合材料的电学性能49-51
• 4.2.1 高铜低酸电镀材料的导电率49-50
• 4.2.2 高酸低铜电镀材料的导电率50-51
• 4.3 复合材料性能的各向异性特征51-53
• 4.4 SACNT/Cu复合材料性能的理论计算53-56
• 4.4.1 SACNT/Cu复合材料力学性能的理论计算53-55
• 4.4.2 SACNT/Cu复合材料电学性能的理论计算55-56
• 4.5 本章小结56-58
• 第5章 结论58-59
• 参考文献59-62
• 致谢62-64
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果64

【参考文献】

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本文编号：453101