金属基碳纳米管（碳纳米纤维）电接触复合电镀层的制备及表征

摘要

碳纳米管及碳纳米纤维是上世纪九十年代发现的一类新材料,它们具有机械强度高、化学稳定性强、导热导电性强及场发射性能优良等特性。正因为碳纳米管及碳纳米纤维具有如此多优越的物理化学性能,因此,现在有越来越多的研究针对碳纳米管及碳纳米纤维展开。而其中,也包括许多将碳纳米管及碳纳米纤维作为复合材料增强相物质应用的研究,本实验将针对将此类复合材料应用于电接触领域做相关系统研究。为使碳纳米管及碳纳米纤维在复合材料中发挥作用,有两个必须解决的问题:(1)碳纳米管及碳纳米纤维在基体中均匀分散,均匀分散包括碳纳米管不团聚和弥散分布于基体中,(2)碳纳米管及碳纳米纤维与基体材料良好结合。本实验通过优化一系列复合电镀条件,包括镀液体系,电流密度,及搅拌方式,实现了碳纳米管及碳纳米纤维在铜、银基体中的均匀分散及良好结合,并创新性地针对超声振荡在复合电镀过程中的工作机理进行讨论。对于已制备完成的碳纳米管及碳纳米纤维铜复合电镀层,本实验进行电接触相关性能的测试,包括硬度及电阻率。碳纳米管铜复合电镀层的硬度相比较纯铜没有明显提高,而碳纳米纤维铜复合电镀层则明显提高，达到了 207HV。碳纳米管及碳纳米纤维铜复合电镀层的电阻率则分别为 2.656×10-6?·cm 和 1.815×10-6?·cm，相比较传统复合电接触材料都有了明显地改善。进一步将碳纳米管及碳纳米纤维铜复合电镀层利用 MEMS 微加工工艺加工成各类触点，耐电弧磨损实验证明，此类复合材料具有良好耐电弧磨损性能，而表面图形化的设计也有利于进一步提高触点的耐电弧磨损性能。由于工艺的兼容性，本实验也最终成功地将碳纳米管及碳纳米纤维铜复合电镀层应用在MEMS微继电器中。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 碳纳米管及碳纳米纤维

1.2 电接触材料

1.3 碳纳米管及碳纳米纤维金属基复合材料的研究进展

1.4 微机电系统（MEMS）

1.5 MEMS 微继电器及其对配套触点的需求

第二章 碳纳米管（碳纳米纤维）铜复合电镀

2.1 基本镀液的配制选择

2.2 电镀条件的确定

2.3 超声振荡在复合电镀中的作用

2.4 碳纳米管（碳纳米纤维）双重增强相物质复合电镀层

第三章 铜基碳纳米管（碳纳米纤维）复合电镀层电接触相关性能测试

3.1 铜基碳纳米管（碳纳米纤维）复合电镀层硬度

3.2 铜基碳纳米管（碳纳米纤维）复合电镀层电阻率

第四章 碳纳米管（碳纳米纤维）铜MEMS 微异型触点

4.1 MEMS 微异型触点表面图形化设计

4.2 MEMS 微异型触点工艺实现

4.3 MEMS 微异型触点耐电弧磨损性能测试

4.4 碳纳米管及碳纳米纤维铜复合电镀层在MEMS 微继电器中的应用

第五章 碳纳米管（碳纳米纤维）银复合电镀

5.1 基本镀液的配制选择

5.2 电镀条件的确定

5.3 超声振荡辅助复合电镀制备的银基碳纳米管（碳纳米纤维）复合电镀层

第六章 课题的结论与展望

6.1 结语

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文