PDF《球磨时间对石墨烯 /铜复合材料组织和性能的影响》

8 h 混合粉末形貌及能谱分析 Fig.4 SEM image (a) and EDS spectrum (b) of the mixed powder milled for

8 h 匀,共同承担变形,优势互补,所以出现了既具有较 好的塑性变形能力,又拥有较强的抗拉强度.而在压 缩载荷下,在不同球磨时间下处理的复合材料的力学 性能变化不明显,对球磨时间不敏感(图6b) . 另外,由图

7 不同烧结复合材料与纯铜强度的对 比所示,随球磨时间的延长,样品 1#到4#的拉伸屈服 强度从

156 MPa 提高到了

183 MPa, 较纯铜的

120 MPa 分别提高了 30%和52.5%.通过比较分析可知,G/Cu 材料中 Cu 基体组织及石墨烯随球磨时间的延长而逐 渐细化,使得石墨烯在铜基体中弥散而均匀分布,形 成了大量的位错和位错墙,阻碍晶界处位错的滑移, 产生加工硬化,致使 G/Cu 强度提高.而对于球磨时 间短的 G/Cu 粉末所烧结的复合材料,其晶粒和相组 织未得到很好的细化,相结合处存在缺陷,故强度提 高相对较小.而压缩屈服强度由纯铜的

150 MPa 分别 提高到了

365 MPa(4#)和355 MPa(1#),增强比分别为 143%和137%.究其原因为,球磨时间越长,石墨烯 与铜混合越均匀,经等离子烧结后,石墨烯沿铜基体 各个方向嵌入,使得 G/Cu 复合材料组织具有各向同 性,并且石墨烯增强体在铜基体中可作为传递介质来 传递压缩应力,从而使复合材料表现出优良的压缩力 学性能. 对4#复合材料的断口形貌分析如图

8 所示.由于 铜基体塑性良好,此材料的断裂形式为韧性断裂,微 观形态为蜂窝状,断裂面由一系列的韧窝构成,韧窝 形状趋于等轴状, 大小为

5 μm 左右. 并且该复合材料 的韧窝比较小且浅、分布不均匀、撕裂棱数量多而浅, 所以塑韧性不理想.另外在韧窝中出现了一些块状组 织, 如图中 A 所示. 此类组织与基体没有很好的结合, 图5等离子烧结后 G/Cu 复合材料的表面形貌及 EDS 能谱

2 μm a 3.75 12.25 20.75 29.25 37.75 Energy/keV

980 784

588 392

196 0 Intensity/cps b C Cu Element ω/% at% C K 90.20 94.58 O K 5.90 4.65 Cu L 3.90 0.77 a b

20 μm 3.75 12.25 20.75 29.25 37.75 Energy/keV

955 764

573 382

191 0 Intensity/cps C c Cu Cu Point A in Fig.5b Point B in Fig.5b d

957 766

574 383

191 0 3.75 12.25 20.75 29.25 37.75 Energy/keV C Cu Al Si Mo K Ca Cu 第1期凌自成等:球磨时间对石墨烯/铜复合材料组织和性能的影响 ・211・ Fig.5 Surface morphologies (a, b) and EDS spectra (c, d) of G/Cu composite sintered by SPS: (a) milling time

2 h, (b) milling time

4 h;

EDS spectra of point A (c) and point B (d) in Fig.5b 图6不同烧结试样的拉伸和压缩应力-应变曲线 Fig.6 Stress-strain curves of tension (a) and compression (b) for the different samples 图7不同复合材料与纯铜强度对比图 Fig.7 Strength of different composites in comparison with pure cooper 说明 Cu 与石墨烯的相界面结合不够理想, 致使 Cu 与 石墨烯之间的机械啮合力比较小,这是复合材料抗拉 强度不高的重要原因.在形成预制件时,可能没有施 加足够的压制力,从而在烧结时留有孔隙,使基体与 石墨烯之间结合的不理想. 采用 HV-1000 维氏显微硬度计 HV0.2 分别测量复 合材料的

5 个不同点,其位置分别在复合材料的四角 以及中心位置,得到其硬度值见表 2.比较发现,样品HV 硬度均高于纯铜(900 MPa), 且4#样品的相同部 位硬度值均略高于其他样品,且最高值达到了