高强高导电层状CNTs/Cu复合材料的制备与性能研究
批准号:
51401098
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
陶静梅
依托单位:
学科分类:
E0105.金属基复合材料与结构功能一体化
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈铁力、舒佰坡、邹妤、孙乐乐、庞彦召
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中文摘要
本项目拟采用高能球磨工艺结合放电等离子烧结技术,制备碳纳米管增强铜基复合材料,并创新性地采用累积叠轧的方法对烧结后的复合材料继续进行大塑性变形,以期获得具有高强度和高导电性的碳纳米管在二维平面沿轧制方向均匀分布的层状碳纳米管/Cu复合材料。分别研究(1)碳纳米管表面化学镀镍工艺、铜粉的颗粒尺寸、球磨及烧结工艺参数等对碳纳米管在基体中的分散性及其与基体间的界面结合强度的影响;(2)累积叠轧后的层状结构对碳纳米管的分布及排列的影响;(3)累积叠轧后界面的空间分布及组织的排列方式对复合材料力学性能及导电性能的影响。通过对微观结构的控制,调控复合材料的力学性能及导电性能,并分别建立微观结构与力学性能及导电性能之间的定量关系,从而揭示复合材料的强化机制与导电机制,为制备具有高强度及高导电性等优良综合性能的碳纳米管/Cu复合材料提供实验证据和理论基础。
英文摘要
High energy ball milling and spark plasma sintering will be used to prepare carbon nano tubes (CNTs) reinforced copper matrix composite, and accumulative roll bonding (ARB) will be innovatively used to severely deform the composite after sintering. The purpose of this project is to obtain lamellar CNTs/Cu composite with CNTs evenly distributed along the rolling direction in a two dimensional plane, which possesses both high strength and high electrical conductivity. Research will focuse on (1) the effects of the electroless deposition of Ni on the surface of CNTs, the particle size of copper powder and the process parameters of ball milling and sintering on the dispersion of CNTs in the matrix and the interfacial bond strength between them; (2) the effects of the lamellar structure after ARB on the distribution and alignment of CNTs; (3) the influences of the spatial distribution of boundaries and the arrangement of microstructure after ARB on the mechanical properties and electrical conductivity of the composite. The mechanical properties and the electrical conductivity of the composite will be adjusted and controlled through the control of microstructure, and the quantitative relationships between the microstructure and the mechanical properties and electrical conductivity will be built, respectively. The results of this project will reveal both the strengthening mechanism and conduction mechanism of the composite, and also provide the experiment evidence and theoretical basis for the preparation of CNTs/Cu with excellent comprehensive performance, such as high strength and high electrical conductivity.
采用不同的方法制备了碳纳米管(CNTs)增强Cu基复合材料。.以碳纳米管(CNTs)薄膜为模板,在不同的镀液中用电沉积法制备了层状合Cu/CNT/Cu复合材料。对复合材料微观结构的观察结果表明,Cu晶核可以渗入CNTs薄膜的孔隙中,在CNTs薄膜与Cu镀层之间形成界面过渡层。分析了Cu镀层在不同镀液中的电沉积行为。电导率测试结果表明,在退火前,酸性镀液中制备的复合材料电导率最高。在900℃退火2h后,所有试样的电导率都大幅增加,酸性电镀液中制备的复合材料的电导率达到2.02×105 S·cm-1。退火过程有利于界面过渡层中孔隙的扩散和湮灭,在退火过程中产生的内应力也可以通过退火释放。提出了一种简单的准经典模型来计算复合材料的电阻。用四点探针法测得的复合材料的电阻值与计算值接近,表明该模型用于描述复合材料的电阻是可行的。.在硫酸铜电解液中,通过电沉积法将Cu沉积在巴基纸上,制备了Cu/巴基纸复合材料。通过酸化和氧化处理,将含氧官能团引入了CNTs的表面。在浸泡处理中,官能团的引入有助于Cu离子在CNTs表面的自发还原。在较小的电流密度(1 mA·cm-2)下沉积时,Cu离子能渗透到巴基纸的网状结构中并在CNTs表面均匀形核,从而形成一个较厚的过渡层。功能化也提高了Cu在CNTs上的形核率。当电流密度为1 mA·cm-2时,Cu/氧化巴基纸复合材料的电导率达到4.09×105 S·cm-1,为纯Cu的76%。所有的复合材料的载流量与电镀制备的纯Cu相比均明显提高。Cu/氧化巴基纸复合材料的最大载流量为15437 A·cm-2,分别比纯Cu和Cu /原始巴基纸复合材料高65%和14%。良好的界面结合和过渡层形成的网状CNTs结构是Cu/巴基纸复合材料获得较高的电导率和高载流量的原因。.结合复合电沉积法和放电等离子烧结法制备了CNTs/Cu基复合材料。在高的烧结温度下,CNTs与Cu基体之间形成了互扩散过渡区,微层状结构和强的界面结合使复合材料获得了平衡的强度和塑性。该方法可用于制备需要兼顾强度和塑性的复合材料,有利于扩大该类复合材料应用范围。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.11868/j.issn.1001-4381.2016.00.315
发表时间:2017
期刊:材料工程
影响因子:--
作者:陶静梅;洪鹏;陈小丰;易健宏
通讯作者:易健宏
DOI:doi.org/10.1016/j.msea.2017.12.044
发表时间:2017
期刊:Materials Science & Engineering A
影响因子:--
作者:Chen Xiaofeng;Tao Jingmei;Yi Jianhong;Li Caiju;Bao Rui;Liu Yichun;You Xin;Tan Songlin
通讯作者:Tan Songlin
Microstructure and electrical conductivity of laminated Cu/CNT/Cu composites prepared by electrodeposition
电沉积制备层状Cu/CNT/Cu复合材料的显微结构和电导率
DOI:10.1016/j.jallcom.2017.05.074
发表时间:2017
期刊:JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
影响因子:6.2
作者:Tao J. M.;Chen X. F.;Hong P.;Yi J. H.
通讯作者:Yi J. H.
Electrodeposited Cu/buckypaper composites with high electrical conductivity and ampacity
具有高导电率和载流量的电沉积铜/巴基纸复合材料
DOI:10.1016/j.jallcom.2017.11.040
发表时间:2018-02-25
期刊:JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS
影响因子:6.2
作者:Chen, Xiaofeng;Tao, Jingmei;Li, Caiju
通讯作者:Li, Caiju
Microstructure evolution and mechanical properties of carbon nanotubes reinforced Al matrix composites
碳纳米管增强铝基复合材料的微观结构演变及力学性能
DOI:10.1016/j.matchar.2017.09.036
发表时间:2017
期刊:MATERIALS CHARACTERIZATION
影响因子:4.7
作者:Liu Xiaoqing;Li Caiju;Eckert Juergen;Prashanth Konda Gokuldoss;Renk Oliver;Teng Long;Liu Yichun;Bao Rui;Tao Jingmei;Shen Tao;Yi Jianhong
通讯作者:Yi Jianhong
铜基复合材料中一体化石墨烯网络的构筑及力学与导电性能的协同强化机制研究
- 批准号:52371136
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50万元
- 批准年份:2023
- 负责人:陶静梅
- 依托单位:
碳纳米管-石墨烯混合增强铜基复合材料的结构设计、力学及导电性能研究
- 批准号:51864029
- 项目类别:地区科学基金项目
- 资助金额:39.0万元
- 批准年份:2018
- 负责人:陶静梅
- 依托单位:
低层错能Cu-Al合金中纳米尺度退火孪晶的形成机理及其对力学性能的影响
- 批准号:51561014
- 项目类别:地区科学基金项目
- 资助金额:40.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:陶静梅
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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