《碳納米管增強銅基複合材料的粉末注射成形技術研究》是依託湖南大學，由陳小華擔任項目負責人的專項基金項目。
基本介紹
- 中文名：碳納米管增強銅基複合材料的粉末注射成形技術研究
- 項目類別：專項基金項目
- 項目負責人：陳小華
- 依託單位：湖南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
本項目以製備高性能的碳納米管增強銅基複合材料為目標，將充分利用碳納米管長徑比大、高強高韌和導熱性好，在以聚合物為主要成分的有機粘結劑中容易實現均勻分布的單分散結構，以及粉末注射成形技術所具有的既能有效克服粉末複合或鑄造時的偏析現象，又能獲得全緻密或接近全緻密的產品，且原料利用率高、易規模化生產的優勢，選擇粉末注射成形技術運用於新型的碳納米管/銅複合材料中。通過考慮相容性、流動性、保形性、脫脂性等因素，設計和製備新型的碳納米管/銅基複合材料所適用的粘結劑體系，考察成形、脫脂、燒結過程中的結構演變規律，探明各組分種類、含量、工藝參數和工藝條件對性能的影響，提出新的理論機制。新的技術路線有望實現足夠含量下的碳納米管在金屬基體中均勻分布的單分散狀態，從而真正發揮碳納米管的優異性能。這一方法將提供一條製備高性能碳納米管/銅基複合材料，且適合規模化生產的新穎和有效的技術路線。
結題摘要
本項目通過對碳納米管的功能化處理，將功能化後的碳納米管引入蠟基系粘結劑中，得到碳納米管改性的複合粘結劑。採用複合粘接劑對超細鎢銅複合粉末進行注射成形後脫脂、燒結處理，得到複合塊材。此外，構建內嵌碳納米管/石墨烯的銅基微米級複合顆粒，採用冷壓燒結法製備了碳納米管增強銅基複合材料。 （1）採用混合酸（H2SO4和HNO3混合物）和乙二胺四乙酸並藉助微波加熱處理多壁碳納米管。微波加熱30 min時純度達98.72%，並且碳納米管結構保持完好；EDTA的加入提高了碳納米管活性基團的引入量。 （2）將功能化後的碳納米管引入蠟基系粘結劑中，得到碳納米管改性的複合粘結劑。掃描電鏡（SEM）顯微照片顯示，碳納米管能均勻分散在粘結劑基體中。碳納米管的加入能有效提高粘結劑的結晶度，從而將提高了生坯的強度和保形性。此外，碳納米管的加入對複合粘結劑的粘度影響不大，這樣就可以既滿足保形性要求的同時又不影響餵料的流動性。 （3）以仲鎢酸銨和硝酸銅為主要原料、採用溶膠-凝膠並結合噴霧乾燥法製備超細鎢銅複合粉末，形狀為球形，粒徑在1μm以內；採用上述複合粘接劑利用注射機注射成形後進行脫脂、燒結處理，該粉末的臨界裝載量為47vol.%，在1400℃溫度下對壓制生坯進行液相燒結處理，複合材料的緻密度均能達到99.3%以上，內部幾乎無缺陷空洞存在，且鎢銅兩相分布均勻。 （4）通過超聲化學形成碳納米管/氧化石墨烯雜化體系，把銅離子連線到雜化體系表面，原位製備出了氧化亞銅/多壁碳納米管/石墨烯超細複合球，碳納米管很少游離在外，都被均勻地‘鎖定’在各個單獨的球中。 （5）氧化亞銅內嵌碳納米管複合球經還原及熱壓燒結得銅/碳納米管複合塊體材料，並對複合塊體材料進行了形貌分析和性能檢測。SEM和TEM結果表明：經還原後碳納米管仍均勻嵌鑲在基體中；碳納米管的加入隨然沒有使熱導率顯著提高，但熱膨脹係數遠小於純銅，可望在電子封裝領域得到套用。 （6）利用內面波調製帶聲子腔的量子線的熱導，數值計算考慮了模轉換的P波和SV波。結果顯示，由於模轉換及不同模式的耦合效應使得透射係數呈現出複雜的峰-谷結構，僅觀察到0模共振透射現象。此外，模轉換強烈的依靠入射頻率、模數及結構參數。從這些結果可以證明模轉換在內面波彈道輸運時起著非常重要的作用。
