碳纳米管与陶瓷颗粒混杂增强铜基复合材料

To prepare copper marix composites hybrid enhanced with clear application background of carbon nanotubes and ceramic particles as the research object, using powder metallurgy method (including hot pressing, the discharge plasma sintering, etc.). Study the influence of the hybrid mode on carbon nanotubes and ceramic particle dispersion state, the relationship between the microstructure of green body, strengthening phase distribution state and volume fraction before and after sintering, and the relationship between the properties of sintered sample and the behavior of strengthening phase. Further discussed in the influence of composite material base, strengthening phase type and content, raw material surface state on the property of the composite, establish and perfect the hybrid composite strengthening coordination model, predict hybrid composite material mechanics and physics performance, focus on the interaction between metal powder and reinforced phase, improve current theory, guide and optimize design. Based on the theory optimize process, prepare of carbon nanotubes - Al2O3 particles coordination reinforced copper matrix composite(its performances are better than single strengthening phase composite materials), and expand the scope of the application field of hybrid composites and research.

本项目拟以具有明确应用背景的碳纳米管与陶瓷颗粒混杂增强铜基复合材料为研究对象，采用粉末冶金的方法（包括热压、放电等离子体烧结等）制备复合材料。研究混合方式对碳纳米管与陶瓷颗粒分散状态的影响，烧结前后坯体的微观组织结构、强化体分布状态与增强相体积分数的关系，烧结试样的性能与成形前后强化体行为的关系。深入探讨复合材料中基体、强化相种类及含量、原材料的表面状态等因素对复合材料性能的影响，建立与完善混杂复合材料协同强化的模型，预测混杂复合材料的力学与物理性能，重点研究制备过程中金属基体粉末与增强体相、以及不同增强体相之间的相互作用，完善现有理论，指导和优化设计；在理论基础上优化工艺，制备出性能超出单一强化相增强的碳纳米管-Al2O3颗粒协同增强铜基复合材料，拓展混杂增强复合材料的应用领域和与研究范围。

本项目以具有明确应用背景的碳纳米管与陶瓷颗粒混杂增强铜基复合材料为研究对象，采用粉末冶金的方法(包括热压、放电等离子体烧结等)制备复合材料。研究混合方式对碳纳米管与陶瓷颗粒分散状态的影响，烧结前后坯体的微观组织结构、强化体分布状态与增强相体积分数的关系，烧结试样的性能与成形前后强化体行为的关系。深入探讨复合材料中基体、强化相种类及含量、原材料的表面状态等因素对复合材料性能的影响，建立与完善混杂复合材料协同强化的模型，预测混杂复合材料的力学与物理性能，重点研究制备过程中金属基体粉末与增强体相、以及不同增强体相之间的相互作用，完善现有理论，指导和优化设计，在理论基础上优化工艺，制备出性能超出单一强化相增强的碳纳米管A12O3颗粒协同增强铜基复合材料，拓展混杂增强复合材料的应用领域和与研究范围。通过碱式高锰酸钾对纯化后的CNTs进行改性处理，然后用分子水平法制得前驱体 CNTs／Cu复合粉末，来改善增强相和铜基体之间的浸润性，使增强相更加均匀的分布在基体中。对其协同增强效果、最佳质量分数配比和材料性能进行了分析。采用混酸体系对CNTs进行表面改性处理，有效地解决了CNTs容易团聚的问题。CNTs和单相颗粒增强Cu基复合材料时，显微硬度和抗拉强度达到117.2HV和243.2MPa，电导率为50.76 MS·m-1。AlN/Cu复合材料的显微硬度和抗拉强度分别达到了119.5 HV和259.7 MPa，电导率为49.30 MS·m-1。提出了“协同作用”的概念。确定了两相的最优质量分数配比，材料的致密度（98.1%），维氏硬度（129.9）和抗拉强度（269.3 MPa）均优于相同总质量分数下两增强相单独作用时的复合材料；表现出了1+1>2 的“正偏差”，起到了协同增强的效果。发表论文16篇，培养博士研究生2名，硕士研究生5名。