插层改性石墨纤维增强铜基复合材料制备及性能研究

摘要

石墨纤维作为增强相加入到铜基体中形成复合材料可改善铜强度低，耐热性差的缺点，得到具有良好力学性能和导热导电性且耐摩擦磨损的新型材料，有望成为应用前景广泛的新型材料。 本文首先通过改变CuCl2与石墨纤维的摩尔比以及反应时间来调控石墨纤维表面层间化合物（GIC)的阶结构，寻找出对石墨纤维表面改性最佳的插层工艺。然后通过粉末冶金法热压烧结制备出插层改性石墨纤维增强铜基复合材料；在此基础上，研究了插层石墨纤维不同体积分数的掺入量对复合材料力学和导电性能的影响。最后，通过高速往复摩擦磨损试验机对复合材料进行摩擦磨损试验，详细研究了复合材料的摩擦磨损机理。 研究结果表明：CuCl2插层石墨纤维制备石墨纤维层间化合物能有效实现对石墨纤维表面改性，改善石墨纤维与铜基体之间润湿性。反应物CuCl2与石墨纤维的摩尔比以及反应时间是影响石墨纤维层间化合物阶结构的主要因素，调节这些条件可以实现对产物阶指数和氯化铜插入量的控制。文中使用溶剂湿混法+球磨法结合混粉法作为混粉工艺实现石墨纤维在铜基体中的有效分散。性能测试结果表明，随着插层石墨纤维掺入量的增加，复合材料的密度和导电率大体上呈下降趋势，结合复合材料的硬度，可以得出插层石墨纤维在体积分数为7.5%的掺入量时达到硬度及导电性能的最优组合。摩擦磨损试验中，石墨纤维在此过程中起到了很好的自润滑效果。在合适石墨纤维体积分数(vol<=10%)含量的范围内，摩擦系数有增有减，插层石墨纤维增强铜基复合材料的减摩性能的好坏与石墨纤维在摩擦面上的分布存在形式及分布的几率有关。插层石墨纤维增强铜基复合材料磨损机制主要是粘着磨损和磨料磨损，还存在着剥层磨损和氧化磨损。当载荷从5N增加到7N时，复合材料的磨损机理未发生改变，此时石墨纤维降低磨损的作用不大。

目录

声明

1绪论

1.1铜基复合材料的应用及分类

1.2碳材料增强铜复合材料

1.3碳材料增强铜复合材料的界面结构

1.4碳材料增强铜复合材料的发展趋势

1.5铜基复合材料磨损行为研究进展

1.6本论文选题依据及主要研究内容

2石墨纤维的插层表面改性研究

2.1石墨纤维表面插层技术

2.2 CuCl2插层石墨纤维的制备

2.3反应物配比对石墨纤维微结构的影响

2.4反应时间对石墨纤维微结构的影响

2.5本章小结

3表面插层石墨纤维增强铜基复合材料的制备

3.1引言

3.2试验条件与方法

3.3插层石墨纤维增强铜基复合材料的制备

3.4插层石墨纤维增强铜复合材料的微观组织分析

3.5插层改性后石墨纤维增强铜微观形貌

3.6插层石墨纤维铜复合材料物理性能

3.7本章小结

4插层石墨纤维增强铜基复合材料摩擦磨损特性研究

4.1引言

4.2摩擦磨损条件及分析方法

4.3摩擦磨损性能分析

4.4载荷对复合材料摩擦磨损影响

4.5本章小结

全文总结

本论文的特色和新颖之处及研究工作展望

参考文献

致谢