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《华南理工大学》 2018年
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石墨烯增强ODS铜基复合材料的制备工艺、组织与性能研究

杨长毅  
【摘要】:作为一种新型的二维层状碳材料,石墨烯具有优异的力学性能和物理性能,并在复合材料等多个领域具有广阔的应用前景。目前国内外关于石墨烯增强铜基复合材料的初步研究主要是石墨烯单相增强铜基复合材料,而石墨烯与其它相协同增强铜基复合材料的研究报道很少。ODS铜合金被广泛用作电工材料,但传统内氧化法制备ODS铜合金的工艺复杂,流程长,成本较高。因此,研发短流程、高性能的石墨烯增强ODS铜基复合材料制备技术具有重要的研究意义和应用价值。本文采用湿法球磨和热压烧结工艺,使氧化石墨烯在烧结过程中发生热还原,从而制备出G/ODS铜基复合材料,并对石墨烯增强ODS铜基复合材料的成分、球磨与热压烧结工艺及其对材料组织、性能的影响规律进行了系统研究,为高强高导铜基复合材料的制备与应用提供技术参考。采用不同成分配比制备出G/ODS铜基复合材料,研究材料成分对复合材料显微组织与力学及物理性能的影响。结果表明:G/ODS铜基复合材料的最佳成分为Cu-0.5Al_2O_3-0.1GO。在复合材料中仅加入0.1 wt.%的氧化石墨烯就能有效减少缺陷和孔隙的数量并细化晶粒,石墨烯的均匀分散程度和超细氧化铝的弥散分布效果均较为理想,两种强化相在铜基体中互相牵制,其含量、在铜基体中的分布以及与铜基体的结合状态共同决定其强化效果。采用不同球磨工艺参数制备出G/ODS铜基复合材料,研究球磨工艺对复合材料显微组织与力学及物理性能的影响。结果表明:当球磨时间为8 h、球磨转速为200 r/min时,复合粉末和复合材料的综合性能均较为理想。球磨时间直接影响GO的剥离分散效果和超细氧化铝的弥散分布效果,球磨转速则直接影响铜粉颗粒的塑性变形以及石墨烯与铜基体的有效结合。该球磨工艺参数更符合实际工况,且制备成本较低。采用不同烧结工艺参数制备出G/ODS铜基复合材料,研究烧结工艺对复合材料显微组织与力学及物理性能的影响。结果表明:当烧结温度为700℃、烧结时间为5 min和烧结压力为40 MPa时,复合材料的压缩屈服强度为325.33 MPa、抗拉强度为359.46MPa,维氏硬度为104.86 HV,比ODS铜合金分别提高21.12%、28.49%和32.22%,断裂方式为韧性断裂+准解理断裂的混合型断裂,拉伸塑性不如压缩塑性理想,电导率为86.66%IACS,综合性能最佳。
【学位授予单位】:华南理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB333

【参考文献】
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