石墨烯增强铜基复合材料的制备及性能研究.pdf

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1、化学工程师ChemicalEngineer2016年第O2期DOI：10．16247~．cnki．23—117l／tq．20160262誓程师石墨烯增强铜基复合材料!园：：地的制备及性能研究张煜，宋美慧，李岩，李艳春，张晓臣(黑龙江省科学院高技术研究院，黑龙江哈尔滨150028)摘要：利用粉末冶金工艺制备石墨烯增强铜基(石墨烯／Cu)复合材料，并研究石墨烯含量对其组织结构及性能的影响。结果表明：当压力一定时，随着石墨烯含量的增加，复合材料密度、电导率均下降，硬度先增大后减小。当石墨烯质量分数达到3％

2、时，材料的密度和电导率降幅分别达12％和45％。关键词：石墨烯／铜；粉末冶金；组织；硬度；密度；电导率中图分类号：TB331文献标识码：AGraphenereinforcedCu-basecomposites：preparationandproperties’ZHANGYu，SONGMei—hui，LIYan—chun，ZHANGXiao—chen(1stituteofAdvancedTechnology，HeilongjiangAcademyofSciences，Harbin150028，Chin

3、a)Abstract：Inthiswork，graphene／Cucompositeswerepreparedbymeansofpowdermetallurgy．Theeffectofgraphenecontentonthestructureandpropertiesofgraphene／Cucompositeswasstudied．Theresultsrevealthatwhenthepressureremainsconstant，densityandelectricalconductivityb

4、othdecreasewiththeincreaseofgraphenecontent．whilehardnessdecreaseafterincreasingfirst．Whenthemassfractionofgraphenereaches3％．thereductionofdensityandconductivityofthematerialrespectivelyarriveat12％and45％．Keywords：graphene／Cu；powdermetallurgy；mierostruc

5、ture；hardness；density；electricalconductivity电接触材料(又称电触头材料)，是开关电器、泛应用。本文利用粉末冶金技术，以石墨烯为增强仪器、仪表的重要元件，它被广泛应用于各类继电体，研究其添加量对材料组织性能的影响。器、断路器和开关装置中，承担着接通和断开电流的作用，其性能优劣将直接影响仪器和设备运转的1实验材料及方法稳定性和使用寿△【”。传统的电接触材料主要是银、以200目铜粉和单层石墨烯粉末为原料，按石铜及其合金。但是，由于Ag基触头存在价格昂贵、墨烯质量

6、分数为0．5％、1％、2％和3％分别与铜粉进易硫化等问题，因此，研究者们一直试图用价格相行混合，混粉工艺为：行星式球磨机N：气氛下球磨对低廉且导电性能优异的cu基触头取而代之。但4h，磨球材质为不锈钢，球料比10：1，转速200r·是，表面易氧化、导电性与强度难以兼顾又制约着min～。之后，利用压力试验机压片，压力为500MPaCu基触头的应用【4】。因此，能否解决上述问题成为保压2min。真空条件下利用真空管式炉900oC×2hCu基触头能否广泛应用的关键。烧结后，将所制备试样利用SOPTOPAE

7、124J密度测石墨烯具有超大的比表面积(2630m·g)，是量仪、华银HBRV~187．5布洛维硬度计、霍斯特目前已知强度最高的材料(达130GPa)，其载流子迁SIGMATEST2．069电导率测量仪分别测量试样密移率达15000cm·(V·S)～，热导率高达5150W·(m·度、硬度和电导率。K)～，是室温下纯金刚石的3倍】。如果能够将石墨烯的优异性能应用于cu基体中，将有望弥补Cu2结果与讨论基电触头材料的不足，从而实现cu基电触头的广2．1复合材料显微组织分析收稿日期：2015—11一l6图

8、1是复合材料的金相照片。基金项目：哈尔滨市科技攻关项目(No．2013AA4AG003)由图1可知，经过球磨后的粉末混合均匀，石作者简介：张煜(1988一)，男，汉族，黑龙江齐齐哈尔人，硕士，研究墨烯均匀分布在铜基体中。对比(a)、(h)、(C)、(d)可实习员，研究方向：功能复合材料张煜等：石墨烯增强铜基复合材料的制备及性能研究2016年第02期加，复合材料的电导率逐渐下降，当石墨烯质量分参考文献数达到3％时，材料的电导率降幅可达45％。根据晶[1]郭忠全．高性能铜