课题基金 / 基金详情

多序度氧化石墨烯负载纳米粒子原位混杂强化金属基复合材料电接触行为

批准号:
52071134
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张毅
依托单位:
学科分类:
金属基复合材料与结构功能一体化
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张毅

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
针对国家重大科学工程对强脉冲功率源脉冲开关电极材料不能满足其“三高”性能的迫切需求,项目基于多序度多相原位混杂强化原理,拟通过水热法在自备的氧化石墨烯表面负载纳米粒子,并通过多物理场真空等离子放电热压烧结工艺制备多序度氧化石墨烯负载纳米粒子原位混杂强化铜钨铬金属基复合材料。探讨水热反应条件对氧化石墨烯表面负载纳米粒子的形貌与分布影响规律;阐明水热合成条件与SPS工艺参数与负载用纳米粒子形貌分布、金属粉体与界面原位增强纳米碳化物之间的关联规律;采用电接触测试设备考查多序度氧化石墨烯负载纳米粒子原位混杂强化金属基复合材料接触电阻、熔焊力、燃弧能量、电弧烧蚀质量等电接触行为,构建电弧烧蚀行为物理及数学模型。基于SEM原位拉伸技术分析氧化石墨烯、负载纳米粒子以及氧化石墨烯/金属界面原位自生增强碳化物对复合材料力学性能的影响规律。旨在为探索石墨烯原位增强金属基复合材料在高技术环境中的应用提供新途径。
英文摘要
Due to the urgent requirements of the national major scientific project for the high-pulse power source pulse switch electrode materials, which cannot satisfy its "three-high" performance, nanoparticles anchored on the graphene oxide and the multi-sequence and hybrid in-situ nanoparticles anchored on graphene oxide reinforced CuWCr metal matrix composite are synthesized via hydrothermal and multi-physics field vacuum plasma discharge hot-press sintering process, respectively, which is based on the multi-sequence and multi-phase in-situ hybrid strengthening principle. The influence of the hydrothermal reaction conditions on the morphology and distribution of nanoparticles anchored on the surface of graphene oxide is discussed. Besides, the correlation rules between the metal powder morphology, SPS process parameters and the interfacial in-situ nano-carbide are clarified. The electrical contact behavior of the multi-sequence and hybrid in-situ nanoparticles anchored on graphene oxide reinforced metal matrix composite are examined by using the electrical contact test equipment, such as contact resistance, welding force, arc energy, and arc ablation quality. Furthermore, physical and mathematical models are constructed based on its arc erosion behavior. The effects of the graphene oxide, anchored nanoparticles, and in-situ reinforced carbides at the graphene/metal interface on the mechanical properties of the composites are analyzed by using the FE-SEM in-situ tensile test technology. Herein, this study may provide new insights and new way to explore the application of the graphene in-situ reinforced metal matrix composites in high-tech environments.
本项目围绕高性能石墨烯混杂强化铜基复合材料的制备及其在强脉冲功率源中的应用展开研究,针对国家重大科学装置和工程对脉冲开关电极材料的迫切需求,系统开发了石墨烯负载多元纳米颗粒混杂强化铜基复合材料,并研究其在高温变形、导电性及抗电弧烧蚀性能方面的影响机制。.通过优化合成工艺,明确了GO表面纳米颗粒的定向负载机制,实现了高分散性纳米颗粒/还原氧化石墨烯(rGO)增强体的可控制备。利用氧化石墨烯(GO)与纳米颗粒的界面强化作用,成功制备了多种石墨烯混杂强化铜基复合材料,包括0.5GO/(0.5,1.0)CeO₂-Cu/30Cr10W、(0.3,0.5)GO/Al₂O₃-Cu/35W5Cr、0.3GO-0.5Y₂O₃/Al₂O₃-Cu/30Mo/3SiC等,优化了复合材料的热压烧结工艺,并建立了界面结合强度与增强体分布均匀性的调控机制。通过电接触实验平台,定量评估了复合材料在强脉冲电流下的电弧烧蚀行为和寿命,并探讨了纳米颗粒在rGO-金属界面的结合方式及其对载荷传递的影响,建立了石墨烯缺陷、纳米颗粒分布与材料电导率及抗烧蚀性能之间的关联模型。同时,本研究开发了石墨烯/纳米颗粒混杂强化铜基复合材料的关键热加工技术,通过高温等温压缩试验,研究了材料的热变形行为,绘制了不同石墨烯强化铜基复合材料的热加工图,并解析了其变形机制,构建了热加工工艺数据库。本研究提出了低固溶度金属大规格石墨烯复合材料的制备策略及匹配准则,为该材料在强脉冲电流环境中的应用奠定了理论基础,并为重大工程应用提供了工艺指导。研究成果对推动高性能铜基复合材料的工程化应用具有重要意义。
多相共析出铜合金恒电流法时效析出行为及强化机理研究
  • 批准号:
    51101052
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    张毅
  • 依托单位:
国内基金
海外基金