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粉末治金法制备短C_f/Cu复合材料工艺研究

作　者: 臧传明
导　师: 杜双明
学　校: 西安科技大学
专　业: 材料学
关键词: 碳纤维 化学镀铜 铜基复合材料 粉末冶金 短纤维增强
分类号: TF124.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


碳纤维/铜复合材料不仅具有铜的良好导电导热性能,而且具有碳纤维的低热膨胀系数和良好的润滑性,在导电耐磨方面有着巨大的开发潜力和应用前景。粉末冶金法由于具有成型好,零件设计灵活,易批量生产等优点,备受人们的关注。文献中关于粉末冶金法制备短碳纤维增强铜基复合材料制备工艺存在碳纤维在铜基体中团聚等问题,鉴于此,本文对碳纤维/铜复合材料的制备工艺做进一步研究。本文首先提出了碳纤维表面粗化新工艺,采用热处理和20%硝酸溶液对碳纤维进行预处理,采用超声波振荡技术对纤维束进行分散处理,分别研究了预处理和络合剂对纤维镀铜质量的影响,通过正交实验设计研究了镀液配方对镀层质量的影响。利用SEM分析了碳纤维的表面形貌和镀层形貌。结果表明:碳纤维在空气介质200℃灼烧40min并用20%硝酸溶液处理后,纤维表面变得粗糙,纤维在镀液中的分散性明显改善;经过粗化处理和分散处理的碳纤维,在以乙二胺四乙酸二钠为络合剂,以硫酸铜16g/L、甲醛14ml/L、氢氧化钠15g/L、乙二胺四乙酸二钠30 g/L、双联吡啶6mg/L、亚铁氰化钾20mg/L组成的镀液中施镀后,纤维束内每根碳纤维表面均匀包覆了均匀致密的铜层,铜层厚度大于1.5μm,纤维束内没有发现“黑心”现象。以2mm化学镀铜碳纤维和200目铜粉为原料,200 MPa冷模压制坯,在850℃氮气保护下烧结2小时制备了纤维体积含量分别为5%、10%、15%、20%、25%的Csf/Cu复合材料。在本研究的工艺范围之内,通过对Csf/Cu复合材料的致密化、电性能和力学性能的研究。结果表明,碳纤维在铜基体中分布均匀,Csf/Cu复合材料的组织致密,致密度均在91.2%以上。当碳纤维的体积小于15%时,随纤维体积分数的增加,复合材料的致密度缓慢减小,当碳纤维的体积小于15%时,随纤维体积分数的增加,致密度迅速减小;随着碳纤维体积含量的增加,Csf/Cu复合材料的耐磨性增加,密度和电导率下降,硬度呈先升高后降低的变化规律。相比较而言,纤维体积含量为15%Csf/Cu复合材料的综合性能最好。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-19
  1.1 概述  8-9
  1.2 碳纤维/铜复合材料发展历程  9-10
  1.3 碳纤维/铜复合材料的研究现状  10-14
    1.3.1 基体的合金化  10-11
    1.3.2 碳纤维的表面处理  11-14
  1.4 碳纤维/铜复合材料的制备工艺  14-16
  1.5 导电性和导热性的研究  16
  1.6 摩擦磨损性能的研究  16
  1.7 碳纤维/铜复合材料的发展趋势  16-17
  1.8 主要研究内容及技术路线  17-19
2 实验材料与方法  19-24
  2.1 实验材料与实验仪器  19-20
    2.1.1 实验材料  19
    2.1.2 仪器及设备  19-20
  2.2 实验过程  20-21
    2.2.1 短碳纤维表面化学镀铜工艺过程  20
    2.2.2 C_(sf)/Cu 复合材料的制备工艺  20-21
  2.3 表征与测试  21-24
    2.3.1 显微组织观察  21
    2.3.2 密度与致密度的测试  21-22
    2.3.3 电导率的测试  22-23
    2.3.4 硬度测试  23
    2.3.5 摩擦性能测试  23-24
3 影响短碳纤维表面镀铜的主要工艺因素  24-36
  3.1 碳纤维表面预处理  24-25
    3.1.1 除胶  24-25
    3.1.2 粗化  25
  3.2 预处理对碳纤维镀铜质量的影响  25-26
  3.3 络合剂对碳纤维镀铜质量的影响  26-28
  3.4 超声波震荡技术对镀铜效果的影响  28-29
  3.5 镀液配方对镀铜质量的影响  29-35
    3.5.1 正交实验设计  29-33
    3.5.2 碳纤维镀铜的镀层分析  33-35
  3.6 本章小结  35-36
4 C_F/CU 复合材料的微观结构与性能分析  36-47
  4.1 显微组织分析  36-38
    4.1.1 C_f/Cu 显微组织分析  36-37
    4.1.2 断口形貌  37-38
  4.2 性能测试结果分析  38-46
    4.2.1 密度  38-39
    4.2.2 硬度  39-41
    4.2.3 导电性  41-42
    4.2.4 摩擦磨损性能  42-46
  4.3 本章小结  46-47
5 结论  47-48
致谢  48-49
参考文献  49-52
附录  52
  攻读学位期间所发表的论文  52

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中图分类: > 工业技术 > 冶金工业 > 冶金技术 > 粉末冶金（金属陶瓷工艺） > 粉末成型、烧结及后处理 > 成型工艺
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