赵晓宏[1]2002年在《连续碳纤维增强铜基复合材料的制备、组织及性能研究》文中研究说明本文选用高强度、高模量的连续碳纤维作为增强相，与纯铜基体进行复合，试图获得高强度高导电的连续碳纤维增强铜基复合材料(C_f／Cu)。针对如何获得性能优异的C_f/Cu的制备工艺进行了试验研究，通过对复合材料的组织与性能及复合成型机理的研究和探讨，找出了影响复合材料综合性能的主要因素。 为了克服C_f／Cu制备过程中常见的纤维偏聚问题，作者采用对碳纤维两端施加预应力，制成碳纤维预型的方法可以有效控制液相浸渗成型时纤维在基体中的宏观分布均匀性。 本文采用阴极多点接触法，并用两步电镀铜代替普通的酸性硫酸盐镀铜，对经热氧化预处理后的碳纤维进行表面处理来改善碳纤维与铜基体之间的润湿性，可以有效的提高电流效率，可以获得镀层均匀连续、镀层与纤维之间结合牢固的碳纤维镀铜复合丝，消除了黑心和镀铜不连续现象，并保证了在随后的复合过程中复合丝与铜基体之间良好的复合性能。 采用真空熔融浸渗成型法制备C_f／Cu，并在熔融浸渗成型的过程中通入惰性保护性气体，与普通的液相浸渗成型法相比，有效的改善了铜液相对预型的添充能力，消除了普通熔铸法产生的严重填充不足现象，并避免了压力浸渍法产生的高压对纤维的严重损伤造成的纤维性能受损。真空态及惰性气体的加入不但优化了复合材料成型时的外界气氛、促进了润湿，而且还有利于熔炼及成型过程中杂质气体的排除。真空熔炼浸渗，铜液相对纤维预型的填充效果好，铸造缺陷大幅减少，纤维损伤及断裂的得到很大程度的减弱，改善了C_f/Cu的综合性能。 本文对C_f／Cu复合成型过程的数学模型进行探讨，并提出了影响复合材料复合成型的主要因素。通过观察和分析复合材料的微观组织分布，作者认为复合材料成型过程可以用两种理想形核长大模型来描述。模型一：基体液相内部形核，推移纤维长大模型；模型二：沿纤维表面非自发形核，沿纤维长大模型。 实验测定了C_f／Cu的导电率和平行于纤维排布方向的拉伸强度，并对C_f／Cu的断裂机理及复合材料导电性的影响因素进行了探讨。
智广林[2]2008年在《Cu/Ti_3SiC_2/C_f复合材料组织及性能研究》文中进行了进一步梳理碳纤维(C_f)具有高比强度、高比模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、导热、热膨胀系数小和优良的自润滑性和减摩性能等一系列优异的性能,这些性能使其成为近年来最重要的增强材料之一。碳纤维增强铜基复合材料的电导热导率高,具有自润滑和抗电弧侵蚀等优异性能,是一类很有发展前途的功能复合材料。新型层状陶瓷材料Ti_3SiC_2集金属和陶瓷的优良性能于一身,如低密度、高熔点、良好的导电导热性、高弹性模量、高断裂韧性、耐氧化、耐热震、易加工等。更有意义的是它具有超低的摩擦系数和优良的自润滑性能。Ti_3SiC_2对于Cu是一种有效的陶瓷增强相。因此在铜基体中引入一部分Ti_3SiC_2,可以起到弥散强化的作用,使复合材料具有更加优异的性能。本论文通过电镀和化学镀来解决碳纤维、Ti_3SiC_2与铜基体的润湿性和均匀分布问题,将C_f强化Cu与Ti_3SiC_2弥散强化Cu结合,采用泥浆挤压法和热压烧结制备出Cu/Ti_3SiC_2/C_f复合材料。该材料将综合C_f、Cu和Ti_3SiC_2的优良性能,从而成为一种值得研究的新型铜基功能复合材料。本文开展烧结温度对复合材料性能影响的研究,考察了烧结温度对材料界面的影响。在烧结温度高于900℃时,铜和Ti_3SiC_2的反应源于Si和Cu的相互扩散,两者的相对含量是决定界面处生成物质的主要因素,Ti_3SiC_2含量较低时,界面处随着烧结温度升高,Ti_3SiC_2中的Si溶入铜中,形成Cu(Si)固溶体;由于S_i在Cu中的固溶度只有8%,所以在Ti_3SiC_2含量高于50%时,多余的Si则与铜反应生成金属间化合物,如Cu_5Si、Cu_(15)Si_4,以及(Cu,Si)η'相。随着反应进行,Ti_3SiC_2含量减少,TiC含量增多;研究发现随着温度的升高,材料的密度、致密度、硬度和电阻率都变大;研究发现复合材料的最佳烧结温度为800℃～850℃。在烧结温度为850℃时,制备不同纤维含量的Cu/Ti_3SiC_2/C_f复合材料,研究了纤维含量对复合材料的密度致密度、电阻率、硬度、拉伸强度、弯曲强度和抗压强度的影响;研究发现,随着纤维含量的增加,材料的密度致密度下降,电阻率上升,硬度在纤维含量为8%时达到最大,为130MPa,拉伸强度、弯曲强度和抗压强度在纤维体积含量为6%时达到最大,分别为215MPa、421MPa和623MPa,之后出现下降。通过SEM分析了复合材料的显微结构,探讨了Cu/Ti_3SiC_2/C_f复合材料的增强机理和断裂机制。
刘双进[3]2003年在《非连续C_f/Cu复合材料的制备、组织及性能的研究》文中研究表明非连续C_f/Cu复合材料的电导热导率高，具有自润滑和抗电弧侵蚀等特殊性能，是一类具有广阔应用前景的功能复合材料。碳纤维在基体中的润湿性问题和均匀分布问题是该类复合材料制备中需要解决的关键技术问题。本课题尝试采用粉末冶金方法制备非连续C_f/Cu复合材料，对碳纤维的表面处理、复合材料的制备工艺进行了重点研究，并对复合材料的组织及性能进行了较为系统的研究。 本研究尝试多种方法对碳纤维表面进行氧化处理以提高镀层与碳纤维之间的结合力。试验发现采用热空气和浓硝酸联合氧化的方法可使碳纤维获得适于镀铜的表面状态。为解决碳纤维与基体间的润湿性问题，本研究采用多种镀液对碳纤维进行表面镀铜处理。试验表明采用柠檬酸盐镀液，可在碳纤维表面获得优质镀铜层，合理控制各种电镀工艺参数对镀铜效果有十分重要的影响。 尝试使用多种湿混剂对碳纤维和铜粉进行湿混处理，对比结果表明，(甘油+酒精)是制备非连续C_f/Cu复合材料的最佳湿混剂，它可使碳纤维在基体中得到均匀的分散。通过对比不同压制压力和烧结温度下复合材料的显微组织形貌，确定初压烧结的最佳工艺参数为：350MPa压制+400℃×1h除气+800℃×40min烧结。初压后，碳纤维在基体中的分布产生了一定的取向性。 复压复烧处理后，铜基体与碳纤维之间结合状态良好，复合材料的致密度、电导率及机械性能均有显着提高。显微组织分析表明，复合材料中仍存在一定数量孔隙，故实测密度和电导率明显低于理论值，制备工艺有待进一步完善。试验测试了不同碳纤维含量复合材料的摩擦磨损性能，分析了复合材料的摩擦磨损机理，并探讨了碳纤维在复合材料磨擦磨损中的重要作用。
苏青青[4]2010年在《短碳纤维表面金属化及其铜基复合材料的制备与性能研究》文中研究表明碳纤维增强铜基复合材料具有优异的导电、导热、减磨和耐磨性能以及较低的热膨胀系数,在航空航天、机械和电子等领域具有广泛的应用前景。短碳纤维增强铜基复合材料的制备工艺一般采用粉末冶金法,由于碳纤维与铜粉间密度相差很大,球磨混合难以得到组织结构均匀和性能优异的碳纤维增强铜基复合材料。本文尝试采用碳纤维表面金属化新工艺预先制备短碳纤维/铜复合丝,后采用粉末冶金法制备短碳纤维增强铜基复合材料。此外,对采用空气氧化法进行碳纤维表面改性处理时,煅烧温度对表面含氧活性官能团的影响进行了分析,获得了碳纤维表面含氧活性官能团最多时的处理工艺参数。在此基础上,从外加电压和官能团两个角度出发,探讨了短碳纤维电镀铜的沉积机理。碳纤维表面金属化可采用化学镀工艺。目前化学镀铜多采用以甲醛为还原剂的配方体系,虽然这种方法较为成熟,但甲醛本身具有毒性。本论文尝试采用以次磷酸钠为还原剂的化学镀铜工艺制备了界面结合良好、镀铜层厚度均匀的短碳纤维/铜复合丝。对短碳纤维增强铜基复合材料的密度、导电性、导热性、热膨胀性以及纤维硬度进行测试,得到以下实验结果:碳纤维体积含量为10.2%时复合材料导电性(沿纤维轴向)最好,可达纯铜导电性的85%。分别在30oC和200oC下测量复合材料的导热率(沿纤维轴向),测得当短碳纤维体积含量为10.2%时,复合材料的导热性能最好,对应的导热系数分别为47.9 W/m K、67.9 W/m K。复合材料的热膨胀系数随着短碳纤维含量的增加而减小,当温度变化区间为30oC-100oC时,30%含量的碳纤维/铜复合材料的热膨胀系数最小,为13.9×10-6/K;当温度变化区间为30oC-200oC,最小的热膨胀系数为15.2×10-6/K。当纤维体积含量为30%时,短碳纤维增强铜基复合材料的显微硬度为121HV。未经过改性处理的碳纤维表面惰性大、表面能低,缺乏有化学活性的官能团,因而与基体材料进行复合时,常因界面结合不好而影响复合材料性能的发挥。无论采用化学镀还是电镀法制备短碳纤维增强铜基复合材料时,我们希望在碳纤维表面含氧活性官能团最多时进行表面金属化工艺。工业中常使用电化学氧化法将活性含氧基团引入碳纤维表面,但这种方法的后续处理工作十分繁琐,因此本文采用空气氧化法对碳纤维表面进行氧化处理。将经过不同煅烧温度对碳纤维进行1小时煅烧处理后的碳纤维进行XPS、FTIR等检测,得出以下结论:经400 oC煅烧1小时处理后,在保持碳纤维原有状态的基础上,碳纤维表面含氧活性基团-OH和C=O最多。论文对比分析了电压及表面活性官能团对电镀铜形貌的影响,尝试探讨了在短碳纤维表面电镀铜的沉积机理,并得出以下结论:对于电镀铜来说,外加沉积电位以及活性基团自身更低电极电位的加成作用才是反应的驱动力,因此当外加电位较低时,只有具有活性基团的位置才能发生反应沉积出铜,其他位置由于不能满足反应所需的最小驱动力而不能反应。当电位增大,活性官能团的促进作用逐渐不明显,由沉积电压控制的初始形核过程占主导地位,发生均匀形核过程,表面获得均匀光滑沉积层。
李新荣[5]2011年在《先进铜基自润滑摩擦材料制备与研究》文中研究指明为了满足高速滑动机械摩擦零件无油或者少油工况条件下的正常应用,高性能铜合金自润滑材料的研究不仅具有重要的科学研究意义,而且具有广泛的应用前景。石墨是应用最广泛的润滑剂之一,随着铜合金基体中石墨含量的增加,在改善自润滑性能的同时,由于其与基体润湿性不好,往往使材料的强度反而出现下降,成为制约研制具有高性能润滑材料的瓶颈问题。为解决这一问题,本文选用镀镍石墨粉代替普通石墨粉制备出铜基石墨自润滑材料,然后再进行碳纤维增强铜基石墨自润滑材料的研究,为研发高速机械摩擦零件用高性能先进自润滑材料提供理论基础和技术支撑。主要运用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、硬度计、拉伸试验机和摩擦磨损试验机等检测手段对实验制备样品的组织结构、断口形貌、力学性能、摩擦磨损性能及其相关机理进行了系统研究,实验结果表明：采用化学镀工艺,在碱性镀液、低温条件下能够有效地在石墨颗粒表面镀覆一层高镍、低磷,均匀、连续的镍镀层。而且在实验烧结温度940℃条件下,镀镍层不会脱落。镀镍石墨粉改善了与铜基体的润湿性,制备的样品比没有镀镍的石墨粉制备的样品的硬度、压溃强度值得到了提高。当石墨含量为3%时,原始石墨粉制备样品强度为116MPa、硬度为33.6HV；而镀镍石墨粉制备样品强度为151MPa、硬度为37.6HV。而且镀镍石墨粉改善了材料的摩擦磨损性能,原始石墨制备样品的摩擦系数为0.28,而镀镍石墨制备的样品摩擦系数为0.21；原始石墨制备样品磨损量为20mg,镀镍石墨制备样品磨损量为12mg。加入碳纤维后改善了材料的力学性能,随着加入碳纤维量的增多,力学性能呈现先增加后减小趋势。当添加碳纤维体积分数为11%时,制备的样品具有最好的综合性能,其硬度值为57.8HV,压溃强度值为222MPa。碳纤维具有明显改善材料摩擦磨损性能的效果,随着碳纤维含量的增加,材料的磨损程度依次减轻；当碳纤维含量达到11%时,其摩擦系数为0.09,制备的样品具有良好的自润滑性能；磨损量为4mg。
高雷[6]2012年在《碳纤维（CF）表面改性及CF-Cu(Cr)复合材料的制备与性能》文中研究说明碳纤维具有高强度、高模量、密度小、自润滑、可导电等诸多优点，是金属基复合材料理想的增强体。为了扩展碳纤维在金属基复合材料中的应用，本文采用粉末冶金方法制备了长碳纤维增强铜(铬)基复合材料，分析碳纤维在铜(铬)基体中的增强效果，并解决碳纤维在基体中的分散性以及界面结合等问题。选取鑫丰碳纤维公司生产的1K、3K碳纤维进行性能测试，并与国内碳纤维的性能对比分析，讨论碳纤维表面电镀铜前后力学和电学性能的变化；采用焦磷酸盐电镀铜的方法对碳纤维表面进行镀覆处理，并运用电化学工作站测定了镀液阴极极化曲线，对镀液配方进行优化及分析电镀工艺参数对镀层质量的影响；采用粉末冶金的方法制备长碳纤维增强铜(铬)基复合材料，讨论制备工艺、成分及碳纤维表面镀铜处理对组织性能的影响。本文结果如下：(1)1K、3K表面带胶碳纤维的抗拉强度、断裂伸长率及电阻率大于不带胶碳纤维，而带水溶胶碳纤维的抗拉强度、断裂伸长率及电阻率与带树脂胶碳纤维的基本相同；碳纤维抗拉强度为3118.4MPa-3880.5MPa，拉伸模量为195.3GPa-213.5GPa，断裂伸长率为1.55%-2.01%，电阻率为1.801510m-2.334510m；经碳纤维表面镀铜处理后，导电性提高了约150倍，抗拉强度和断裂伸长率有所降低。(2)对镀液阴极极化曲线分析发现，向P=7(焦磷酸铜50g/L，焦磷酸钾270g/L)的镀液中加入20g/L的柠檬酸铵，低电流密度区极化增大，有利于镀层质量的提高。优化后的镀液配方：焦磷酸铜50g/L，焦磷酸钾270g/L，柠檬酸铵20g/L的，在T=40℃，PH=8.2-8.8，I=0.6A条件下电镀铜工艺稳定，可以获得结晶细致、光亮、界面结合力良好的碳纤维表面镀铜层。电镀时间对晶体结构和晶粒大小影响不大，可通过控制走丝速度来控制镀层厚度。(3)采用粉末冶金方法制备了长纤维增强铜(铬)基复合材料，初压、初烧后复合材料相对密度在88.13%以上，复压复烧可进一步提高相对密度，最大达到94.91%。基体中加入Cr，有利于提高复合材料的硬度和抗拉强度，但电阻率略有增加；随碳纤维体积含量的增加，复合材料的抗拉强度明显增大，但电阻率也有所增加；同时，碳纤维表面镀铜处理能够增加界面结合强度，有利于抗拉强度的提高和电阻率的降低。
张文丽[7]2006年在《碳纤维增强Cu-Ti_3SiC_2复合材料的制备和性能研究》文中认为碳纤维(C_f)具有高比强度、高比模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、导热、热膨胀系数小和优良的自润滑和减摩性能等一系列优异的性能,这些性能使其成为近年来最重要的增强材料之一。碳纤维增强铜基复合材料的电导热导率高,具有自润滑和抗电弧侵蚀等优异性能,是一类很有发展前途的功能复合材料。新型层状陶瓷材料Zi_3SiC_2集金属和陶瓷的优良性能于一身,如低密度、高熔点、良好的导电导热性、高弹性模量、高断裂韧性、耐氧化、耐热震、易加工等。更有意义的是它具有超低的摩擦系数和优良的自润滑性能。Ti_3SiC_2对于Cu是一种有效的陶瓷增强相。因此在铜基体中引入一部分Ti_3SiC_2,可以起到弥散强化的作用,使复合材料具有更加优异的性能。 本论文尝试将C_f强化Cu与Zi_3SiC_2弥散强化Cu结合,制备出C_f增强Cu-Ti_3SiC_2复合材料。该材料将综合C_f、Cu和Ti_3SiC_2的优良性能,从而成为一种值得研究的新型铜基功能复合材料。 本文开展了Ti_3SiC_2陶瓷粉末的制备研究。以Ti/Si/C/Al元素粉为原料,采用无压烧结的方法制备出纯度较高的Ti_3SiC_2陶瓷粉末。本论文用热压烧结法和粉末冶金法两种方法制备了短碳纤维增强Cu-Zi_3SiC_2复合材料,对C_f表面电镀铜处理、复合材料的制备工艺进行了重点研究,并对复合材料的密度、致密度、硬度、电阻率进行了研究。 C_f在基体中的润湿性问题和均匀分布问题是该复合材料制备中需要解决的关键技术问题。采用柠檬酸.酒石酸盐镀液,可在C_f表面获得优质的镀铜层,合理控制电镀工艺参数对镀铜效果有十分重要的影响。对C_f、Cu粉和Ti_3SiC_2粉进行湿混处理,可以使C_f在基体中得到均匀的分散。 通过对比得出,热压法是制备C_f增强Cu-Ti_3SiC_2复合材料的较好的方法。确定了热压制备复合材料的最佳工艺条件:当V_(TSC)=10%时,复合材料的最佳C_f含量为8%,当V_(TSC)=15%时,最佳C_f含量为10%:最佳热压烧结温度为800℃～850℃,压力30MPa,保温90min。通过SEM分析了复合材料的显微结构,探讨了碳纤维增强Cu-Ti_3SiC_2复合材料的增强机理和断裂机制。
曾俊[8]2009年在《碳纤维/铜和CuO纳米线/碳纤维复合材料的制备及性能研究》文中研究指明作者研究了粉末冶金方法制备的碳纤维增强无铅锡青铜基复合材料(基体成分质量分数：Sn 4％和Zn 6％其余为铜)的力学性能以及减摩擦抗磨损性能。并探讨了热氧化方法制备的CuO纳米线／碳纤维复合材料的磁性和吸波性能。(1)研究了镀铜时的PH值、镀铜时间和镀铜工艺次序对碳纤维表面镀铜薄膜质量的关系，制备了铜薄膜厚度约2μm质地均匀的镀铜碳纤维。基本解决了碳纤维与锡青铜基体之间润湿性差的问题，为制备高强度、耐磨损、减摩擦的碳纤维增强铜基复合材料奠定了坚实的基础。也为制备宽频、强吸收、轻质的纳米氧化物吸波复合材料提供了优良的前驱体。(2)通过温压、复压复烧的方式制备出了高致密度、高硬度、高抗拉强度和减摩耐磨的碳纤维增强锡青铜基复合材料。通过性能表征显示9％体积分数的碳纤维增强锡青铜基复合材料的硬度、抗拉强度、比磨损率、摩擦系数都优于ZQ663锡青铜合金。其中碳纤维体积分数为9％左右时，复合材料的硬度达到最大值HV138．2 MPa，与ZQSn663锡青铜合金的硬度相比提高了大约80％。复合材料的抗拉强度也达到了最大值302 MPa，与ZQSn663锡青铜合金的抗拉强度相比提高了大约68％。且复合材料的比磨损率只有ZQ663锡青铜合金的比磨损率的1％，摩擦系数也远小于ZQ663锡青铜合金。所制备的金属基复合材料，取代了锡青铜(ZQ663)基体中全部的铅和部分贵金属锡；使复合材料不仅对环境无害，而且降低了成本，节约了资源，是一种符合生态环境协调性要求的金属基复合材料。(3)通过热氧化的方法在400℃焙烧4 h条件下，制备了CuO纳米线／碳纤维复合材料，其纳米线长度从几百纳米到几个微米不等，直径在50 nm到100 nm不等。通过VSM在室温条件下表征，结果显示CuO纳米线／碳纤维复合材料表现出微弱的磁性。通过Agilent E8363BPNA矢量网络分析仪测试了50％质量分数的CuO纳米线／碳纤维复合材料在电磁波频率1～18 GHz范围内的电磁参数。其最强吸收在7．9 GHz，达到了-32 dB(吸收率＞99．9％)，厚度仅为1．8 mm。CuO纳米线／碳纤维复合材料在反射率分别小于-4 dB和-10 dB时，电磁波频率分别覆盖了2．5～18 GHz和3～16．4 GHz，满足了高频和宽频吸收的要求。反射率小于-20 dB(吸收率＞99％)的条件下，吸收电磁频率也覆盖了3～9．8 GHz，满足了在低中频强吸收的需要。本试验制备的复合材料与报道的相同吸收率的材料相比，具有更薄的厚度。(4)通过热氧化方法在400℃的条件下，制备了CuO纳米线／钴／碳纤维复合材料。其中氧化铜薄膜的厚度约50 nm，钴薄膜的厚度约200 nm，涂层表面有稀疏的直径约10 nm的纳米线，其余部分以纳米小颗粒的形态存在。在外加磁场从-9000 Oe到9000 Oe的范围内，CuO／钴／碳纤维复合材料的饱和磁化强度达到了29．8 emu／g，大约是CuO／碳纤维复合材料饱和磁化强度的1 150倍。质量分数为30％的CuO纳米线／钴／碳纤维复合材料具有更低的反射率，且当厚度为2 mm和外加频率在10．75 GHz时，复合材料具有最低的反射率-42．7 dB(吸收率＞99．9％)。当复合材料的厚度在1．3～2．2 mm的范围内，CuO纳米线／钴／碳纤维复合材料的强吸收(反射率＜-10 dB，吸收率＞90％)覆盖了频率8．72～18 GHz。在强吸收和相同厚度的前提条件下(反射率＜-10 dB，吸收率＞90％)，CuO纳米线／钴／碳纤维复合材料具有较宽的吸收频率(3 GHz)。因此，CuO纳米线／钴／碳纤维复合材料是一种较优异的吸收材料。(5)通过热氧化方法在400℃合成了ZnO纳米片状结构。根据发光性能测试，结果表明了ZnO纳米片结构／碳纤维复合材料在325 nrn激发条件下表现的橙红光是由碳的间隙原子和锌的间隙原子所致，绿光由材料内部的氧空位产生。(6)结合粉末冶金和热氧化方法制备了纳米注射器结构和微米正四面体结构MgZnO。随着焙烧温度增高，MgZnO形貌发生了改变，发光谱也明显红移(从500 nm移向560 nm)，这表明光致发光性能与其形貌密切相关。(7)通过粉末冶金和热氧化方法制备SnZnO材料并对其光致发光性能进行了研究。结果发现SnZnO为纳米纤维结构，其直径大约50 nm，长度大约60μm。在325 nm激发的条件下，纳米纤维结构的SnZnO在室温条件下激发出较强的绿光(493 nm)。(8)通过电化学沉积和热氧化方法制备了微米仙人球状CuO，并对其进行了表征。在350℃条件下热氧化4 h后薄膜表面合成了微米尺寸仙人球状CuO，球体表面为发散状的CuO纳米线，球体直径大约6微米。
邹豪豪[9]2016年在《碳纤维表面合金化及其镀层界面特征研究》文中认为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。由于叁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。
陶大伟[10]2017年在《镀铜碳纤维/石墨-铜基复合材料的制备与性能研究》文中指出石墨-铜基复合材料是一类广泛使用的电接触材料,随着科技的不断发展,对电接触材料的性能要求也越来越高。因此,发展高性能的石墨-铜基复合材料是铜基复合材料领域的研究热点之一。本文采用粉末冶金法制备石墨-铜基复合材料,系统研究了叁种石墨类型(普通鳞片石墨、胶体石墨和镀铜石墨)及其添加量对目标石墨-铜基复合材料显微组织、体积密度、电阻率、硬度、抗弯强度以及摩擦磨损性能的影响规律及其机理。主要研究结果如下:随着石墨添加量的增大,叁种石墨-铜基复合材料中的铜基体相由连续网状结构逐渐转向孤立的块状结构,密度均不同程度的减小,电阻率变大,硬度和抗弯强度下降。相同石墨添加量的条件下,石墨表面的镀铜改性改善了石墨-铜之间的浸润性和界面结合,促进了烧结过程中铜基体相形成连续网状结构,因此镀铜石墨-铜基复合材料的电阻率最低,硬度和抗弯强度最高;胶体石墨对铜基体的割裂作用最明显,因此胶体石墨-铜基复合材料的电阻率最高,硬度和抗弯强度最低;石墨添加量为15wt.%时,普通石墨-铜基复合材料和镀铜石墨-铜基复合材料的电阻率、硬度和抗弯强度均可达到实用电刷的性能要求,然而胶体石墨-铜基复合材料的力学性能无法满足使用要求。相同摩擦磨损实验条件下,镀铜石墨-铜基复合材料的摩擦系数最高,磨损量最小;胶体石墨-铜基复合材料的摩擦系数最小,磨损量最大;普通石墨-铜基复合材料的摩擦系数和磨损量介于二者之间。采用焦磷酸盐电镀铜工艺对碳纤维表面进行连续镀覆改性,通过工艺参数优化,获得了镀层包覆完整均匀、结晶细致、镀层结合力良好且导电性能显着提高的长碳纤维镀铜复合丝,很好地解决了束状长碳纤维连续镀铜工艺中易出现的“黑心”和“结块”问题。为了进一步改善石墨-铜基复合材料的力学性能和摩擦磨损性能,将上述镀铜碳纤维复合添加至叁种不同类型的石墨-铜基复合材料中,探究了1wt.%镀铜碳纤维的添加对叁种类型石墨-铜基复合材料的微观组织、密度、电阻率、硬度和抗弯强度的影响,对比分析了复合添加镀铜碳纤维前后复合材料的磨损机理。结果表明:镀铜碳纤维均匀分布于铜基体中,未对铜基体的连续网状结构造成割裂,无团聚现象,复合材料的密度和电阻率无明显变化,硬度和抗弯强度升高;通过镀铜碳纤维的复合添加获得的镀铜碳纤维/胶体石墨-铜基复合材料的强度可以达到实用电刷的性能要求。少量的镀铜碳纤维取代了具有良好润滑作用的石墨会一定程度的增大目标镀铜碳纤维/石墨-铜基复合材料的摩擦系数,降低其相同测试条件下的磨损量。摩擦磨损过程中,石墨-铜基复合材料磨损表面缺陷主要由凹坑和犁沟构成,其磨损形式包括:粘着磨损、磨粒磨损、剥层磨损和氧化磨损。少量添加镀铜碳纤维后,镀铜碳纤维/石墨-铜基复合材料的固体润滑膜较为粗糙且附着少量的磨粒。
参考文献：
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