论文部分内容阅读
铜基复合材料作为一种性能优异的功能材料,具有广泛的应用前景,六方氮化硼（HBN）具有良好的热稳定性、机械加工性能以及摩擦磨损性能,是铜基复合材料理想的增强相之一;纳米碳增强铜基复合材料近年来吸引了不少研究者的注意,取得了一定的成果。但碳纳米管（CNT）和石墨烯（GNP）易团聚,在基体中的很难做到均匀分散,鉴于此,本文采用有机酸对纳米碳进行表面改性,提高其分散性能。运用热压+热等静压相结合的方法,制备了三批不同成份CNTs-HBN、GNPs-HBN、CNTs-GNPs-HBN 共增强 Cu-Ti3SiC2-C 复合材料。研究纳米碳和HBN含量等对复合材料性能的影响,分析了断口及断裂机制,探讨了纳米碳和HBN对复合材料的增强机理,可为多相增强铜基复合材料的设计与制备提供一定的参考价值和理论意义。采用超声处理和有机酸处理对碳纳米管、石墨烯进行表面改性,没食子酸水溶液处理碳纳米管的浓度为10ηg/ml,芦丁水溶液处理石墨烯的浓度为0.02ηg/ml。将经过表面改性的碳纳米管、石墨烯与HBN、Ti3SiC2、石墨粉末球磨混料、冷冻干燥后制得复合粉体,先热压成型,再热等静压处理以致密化,制备碳纳米管、石墨烯、HBN含量不同的共增强Cu-Ti3SiC2-C复合材料。通过光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察分析复合材料的微观组织,结合复合材料的力学性能分析增强相对复合材料微观组织及性能的影响。结果表明,纳米碳-HBN增强铜基复合材料的整体性能优于石墨烯-HBN增强铜基复合材料和碳纳米管-HBN增强铜基复合材料,说明碳纳米管和石墨烯的协同增强效果优于碳纳米管单独或者石墨烯单独的增强作用。其中,纳米碳-HBN增强铜基复合材料在HBN含量为1.0 wt%、纳米碳总含量为0.5 wt%（GNPs:CNTs=4:1）时性能最优,硬度、抗拉强度、抗压强度以及抗剪切强度分别为:121.91 HV、163.87 MPa、431.86 MPa、122.56 MPa,同比石墨烯单独增强的复合材料分别提高24.53%、50.13%、57.21%、53.07%;同比碳纳米管单独增强的复合材料抗拉强度、抗压强度以及抗剪切强度分别提高114.92 MPa、240.54 MPa、64.13 MPa。在透射电子显微镜下观测到纳米碳、HBN在铜基体中形貌,尤其增强相与基体之间形成的界面结合紧密,证实纳米碳增强相、HBN与铜基体之间界面结合方式主要以机械锁合为主。增强相的增强作用为:细晶强化、剪切应力转移强化、独特褶皱结构形成的强化;以及石墨烯的超大界面强化,碳纳米管的桥联作用等。