碳纳米管增强铜基复合材料性能研究

摘 要 采用球磨混料工艺，真空热压法烧结方法制备了碳纳米管/Cu复合材料，研究了该纳米复合材料组织与性能之间的关系，分析碳纳米管对Cu基复合材料组织和性能的影响规律。结果表明：随着复合材料碳纳米管含量的增加，复合材料的孔隙增多，复合材料的硬度和相对密度逐渐下降。

关键词 碳纳米管/铜基复合材料；制备工艺；显微组织

中图分类号：TB33 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）13-0050-02

将增强纤维、颗粒等与铜制备成铜基复合材料，可以提高其强度、耐磨性以及保持较优良的导电导热性能。SiC作为一种陶瓷颗粒，具有弹性模量高及抗氧化性能好等优良性能。由于金属具有优良的力学机械性能，使得金属基复合材料可以按机械零件的结构和性能要求，设计成合理组织和性能分布，从而工程技术人员对材料的性能进行最佳设计。由于能够根据不同的力学性能要求来选择相应的金属基体和不同的增强体，使得复合材料中的各组成材料之间既能保持各自的最佳性能特点，又可以进行性能上的相互补充，功能上的取长补短，甚至满足一定的特殊性能，所以纳米复合材料是一类具有结构和功能极佳的材料。另外，纳米复合材料由于具有特有的的纳米表面效应、特有的纳米量子尺寸效应，能够对其光学特性产生影响。按照复合材料基体的性能特点特，人们将纳米复合材料通常分三大类：纳米树脂基复合材料、纳米陶瓷基复合材料和纳米金属基复合材料。纳米金属基复合材料不仅具有强度高、韧性高的特点，纳米金属基复合材料还具有耐高温、高耐磨及高的热稳定性等性能。纳米金属基复合材料应用表明：在功能方面具有高比电阻性能、高透磁率性能，以及高磁性阻力等物理性能。本文采用球磨混料方法，通过真空热压法工艺，制备出碳纳米管增强铜基复合材料，研究铜基纳米复合材料的制备工艺，分析相应的材料性能。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

试验用原材料是上海九凌冶炼有限公司生产的电解铜粉，铜粉纯度是99.8%，铜粉粒度为-300目，铜粉松装密度是1.2～1.7。碳纳米管（CNTs）选用深圳纳米港有限公司产品。选用哈尔滨化工化学试剂厂的十二烷基硫酸钠（化学纯），以及该厂生产的酒精（分析纯）。

1.2 试验方法

试验采用行星式球磨机进行湿磨混合配料，选择的球磨机转速参数为300 r/min，球磨时间为2.5小时，试验球料比选择为1：1。试验的热压温度参数选择在800℃进行烧结，热压压力参数为3.9吨，烧结时间参数为3小时。使用光学显微镜分析复合材料的显微组织特点，用新鲜配制的三氯化铁盐酸酒精溶液腐蚀复合材料组织，腐蚀时间选为15 s。

2 试验结果与分析

2.1 碳纳米管/铜基复合材料显微组织

2.2 CNTs/Cu复合材料的硬度

2.3 CNTs添加量对复合材料相对密度的影响

试验结果表明，纯铜试样致密度最高，但是，随着碳纳米管含量的增加，纳米复合材料的相对密度下降。复合材料材料相对密度随着碳纳米管含量的增加而逐渐降低，原因主要是碳纳米管和铜的润湿性较差，致使强化相CNTs不能均匀分布，引起复合材料的缺陷，材料中产生孔隙，呈现出相对密度的下降的特点。

3 结论

1）采用球磨混料方法，真空热压法工艺，制备出碳纳米管增强铜基复合材料。

2）随着CNTs的增加，复合材料的硬度呈现降低的趋势，CNTs含量与硬度之间关系为曲线关系。

3）纯铜试样致相对密度最高，随着碳纳米管含量的增加，复合材料的相对密度下降。

参考文献

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作者简介

陈海英（1975-），女，吉林省吉林市人，硕士研究生，工程师，主要从事材料与模具方面的教学与研究。