碳纤维增强铜基复合材料
铜基钎料钎焊碳_碳复合材料的组织及强度
焊接 生产应用 Producti on The m e 2008年第1期铜基钎料钎焊碳/碳复合材料的组织及强度济南大学材料科学与工程学院(250022) 李 辉 耿浩然 陈广立山东大学材料科学与工程学院(济南市 250062) 陈俊华 陈茂爱摘要 用铜基活性钎料对碳/碳复合材料进行了真空钎焊,并对接头的微观组织、形成机理和接头强度进行了试验研究。
结果表明,使用铜基活性钎料可以实现碳/碳复合材料的连接,且在试验温度范围内,接头强度随钎焊温度升高呈上升趋势。
观察发现,钎料与碳/碳复合材料钎焊接头存在一层较厚的过渡层,性质介于金属与碳/碳复合材料之间。
获得这种过渡层对缓和焊接残余应力十分有利,剪切强度试验测试达21M P a 。
关键词: 碳/碳复合材料 铜基活性钎料 钎焊 剪切强度 钛中图分类号: TG1460 序 言碳/碳复合材料是以碳(或石墨)纤维及其织物为增强材料,以碳(或石墨)为基体,通过加工处理和碳化处理制成的全碳质复合材料,具有比重轻、模量高、比强度大、热膨胀系数低、耐高温、耐热冲、,耐腐蚀、吸震性好和摩擦性好等一系列优良性能[1-3],可以作为功能材料,又可以用作高温结构材料。
对于一些大型、结构复杂的构件来说,安全、简单、快速、低成本的碳/碳复合材料的连接技术显得尤为重要。
现在的几种连接碳/碳复合材料或石墨的技术有:钎焊、扩散连接、形成石墨法和瞬间相反应连接法等[4,5]。
活性金属-贵金属如Si-A g ,T i-Cu 等对热解石墨有很好的润湿性,可用于石墨或碳/碳复合材料的连接[6]。
用C 和Zr ,Nb ,Ta ,T,i H f 等难熔金属组成中间层在2300~3000 温度下能实现对石墨试样的扩散焊[7]。
形成石墨法能够获得无金属的石墨接头,这种方法在高温应用领域很有潜力,但所需极高的连接温度使其在大部分实际应用中都不适用,且所得的强度不高[8]。
瞬间相反应连接最重要的优点是与扩散焊相比其连接温度相对较低,但这种方法耗时长、成本高[4]。
高能球磨法制备CNTs增强铜基复合材料粉末
第１ ７期
２ １ ６月 ０ ２年
科
学
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剂用量等方面进行 了单 因素实验 ， 出了各种实验 因素对复合粉末的 Ｄ。 找 和松装 密度 的影响规律。 关键 词 高能球磨法 铜 基复合材 料粉末 碳纳米 管
中图法分 类号 Ｔ １ ．１ ； Ｆ２ １１ ３
文献标志码
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碳 纤维 增强 铜基 复 合 材 料 以其 优 异 的 导 电 、 导
研究 一直 没有 间 断过 。从 ２ ０世 纪 ７ ０年 代 末 开始 ，
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第一作者简介 ： １８ 一 ）男 ， 士研究生 ， （９５ ， 硕 研究方向 ： 金属粉体制备 及金属基复合材料。Ｅ－ａｌｊ ｎｔ ｗ ｉ２ ＠１６ ｃｍ。 ｍ ｉ ｉ ｇ ｉｅ１０ ２ ． ｏ ：ａ ａ 通信作者 简介 ： 蔡晓兰 ， 博士生 导师 ， — ａｌｃ ７ １ ６ ．ｏ Ｅ ｍ ｉ ￣９ ６ ＠１３ ｔｍ。 ：
２ 实验结 果和讨论
２ １ 球 磨 时 间对 复合 粉末 的影 响 ．
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科
学
碳化物弥散强化铜基复合材料的研究
碳化物弥散强化铜基复合材料的研究一、本文概述随着材料科学技术的快速发展，铜基复合材料作为一种重要的工程材料，在航空航天、电子、能源、汽车等领域的应用日益广泛。
碳化物弥散强化铜基复合材料作为铜基复合材料的一种，凭借其优异的力学性能、导电导热性能以及良好的加工性能，成为了材料科学研究领域的热点之一。
本文旨在深入研究碳化物弥散强化铜基复合材料的制备工艺、组织结构与性能之间的关系，探讨其强化机制，为优化材料的性能和应用领域提供理论依据。
文章首先综述了国内外关于碳化物弥散强化铜基复合材料的研究现状和发展趋势，然后从材料的制备工艺出发，详细分析了碳化物的种类、形貌、尺寸及其在铜基体中的分布状态对复合材料性能的影响。
接着，文章通过实验和理论分析，深入探讨了碳化物弥散强化铜基复合材料的强化机制，包括细晶强化、位错强化、弥散强化等。
文章总结了研究成果，指出了研究中存在的问题和未来的发展方向，为碳化物弥散强化铜基复合材料的进一步研究和应用提供了参考。
二、碳化物弥散强化铜基复合材料的制备碳化物弥散强化铜基复合材料是一种通过引入碳化物颗粒来增强铜基体性能的新型复合材料。
其制备过程涉及到原料选择、粉末冶金、热处理和后期加工等多个环节，下面将详细介绍这一过程。
原料的选择是制备碳化物弥散强化铜基复合材料的关键。
一般来说，铜基体材料选用高纯度电解铜粉，以保证基体材料的优良导电性和塑性。
而碳化物增强相则可以根据需要选择如碳化硅（SiC）、碳化钛（TiC）等具有高硬度、高热稳定性的碳化物粉末。
接下来是粉末冶金过程，包括混合、压制和烧结等步骤。
在混合阶段，将铜粉和碳化物粉末按一定比例混合均匀，同时加入适量的成形剂和润滑剂，以提高压制过程中的成形性和烧结过程中的流动性。
混合后的粉末经过压制成型，形成所需形状的生坯。
然后在一定的温度和压力下进行烧结，使生坯中的粉末颗粒相互扩散和结合，形成致密的复合材料。
热处理是制备过程中的重要环节，其目的是消除材料内部的残余应力、提高材料的致密性和力学性能。
碳纤增强复合材料的标准体系
碳纤增强复合材料的标准体系碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP）是一种以碳纤维为增强体、以聚合物基体为基质的复合材料。
因其具有轻质、高强度、高刚性、耐腐蚀等特点，被广泛应用于航空航天、交通运输、新能源、体育器材等领域。
针对碳纤维增强复合材料，我国已经建立了一套完善的标准体系，主要包括以下几个方面：1. 产品分类与命名：根据碳纤维增强复合材料的基体树脂、纤维类型、规格等因素进行分类，并制定相应的命名规则。
2. 原料与材料：规定了碳纤维、聚合物基体、界面剂等原料的技术要求、测试方法及验收标准。
3. 制品加工：涵盖了碳纤维增强复合材料的制备工艺、成型方法、质量控制等方面的技术要求。
4. 性能要求与测试方法：包括力学性能、物理性能、化学性能等方面的性能要求及测试方法。
5. 安全与环保：规定了碳纤维增强复合材料的生产、使用和废弃处理过程中应遵循的安全环保要求。
6. 产品应用：针对不同应用领域的碳纤维增强复合材料，制定了相应的技术要求和应用规范。
7. 检验与验收：明确了碳纤维增强复合材料的检验方法、验收标准及质量保证体系。
8. 安装与维护：介绍了碳纤维增强复合材料制品的安装、使用和维护方法。
9. 循环利用与废弃处理：阐述了碳纤维增强复合材料废弃物的分类、回收利用及环保处理方法。
这些标准体系为碳纤维增强复合材料的生产、研发、应用和监管提供了有力的技术支持，有助于推动我国碳纤维增强复合材料产业的可持续发展。
需要注意的是，碳纤维增强复合材料的标准体系仍在不断更新和完善中，以适应市场需求和技术发展的变化。
相关企业和研究机构应密切关注行业动态，积极参与标准制定工作，以提高我国碳纤维增强复合材料产业的竞争力。
碳纤维增强复合材料
碳纤维增强复合材料
碳纤维增强复合材料是一种由碳纤维和树脂等基材组成的复合材料，具有优越的物理性能和力学性能。
首先，碳纤维是一种高强度、高模量的纤维材料，相比于传统的金属材料，碳纤维的强度更高且具有较低的重量。
这使得碳纤维增强复合材料具有优秀的强度和刚度，适用于需要轻量化、高强度结构的领域。
其次，碳纤维增强复合材料具有良好的耐腐蚀性能。
与金属相比，碳纤维不会受到氧化或腐蚀的影响，可以在恶劣环境下长时间保持稳定的性能。
这使得碳纤维增强复合材料在海洋工程、航天航空等领域具有广泛的应用前景。
此外，碳纤维增强复合材料还具有优异的热稳定性和耐磨性。
在高温条件下，碳纤维的性能基本不会受到影响，能够保持较高的强度和刚度。
同时，碳纤维增强复合材料还具有良好的耐磨性，能够承受长时间的摩擦和磨损。
另外，碳纤维增强复合材料还可以根据需要进行定向增强。
碳纤维增强复合材料可以利用不同的叠层方式，使得材料在不同方向上具有不同的强度和刚度。
这种定向增强的性能可以满足不同工程领域对材料性能的要求。
总的来说，碳纤维增强复合材料具有独特的物理性能和力学性能，具备轻量化、高强度、耐腐蚀、热稳定等多种优越特性。
随着科技的不断发展和应用领域的扩大，碳纤维增强复合材料必将在各个领域发挥更广泛的作用。
碳纤维增强铜基复合材料研究进展
碳纤维增强铜基复合材料研究进展刘建秀;宋阳;樊江磊;吴深;张驰;贾德晋;李育文【摘要】本文综述了碳纤维在铜基复合材料中的作用及其表面处理技术的发展现状.总结了近年来碳纤维表面改性方法以及存在的主要问题,分析了碳纤维对铜基复合材料组织的形成及其性能的影响.最后展望了碳纤维的发展前景.%Copper matrix composites have been widely used for their good properties,such as wear resistance,thermal conductivity,corrosion resistance and so on.Carbon fiber is a kind of inorganic polymer material with excellent mechanical properties,and thuswidely used as reinforcement in various composite materials.The study of carbon fiber reinforced copper composite has been the hot topic in terms of improvement of the conductivity,thermal conductivity and friction and wear properties.The role of carbon fiber in copper matrix composites and current situation of the surface treatment technology are reviewed in this paper.New methods for surface modification of carbon fiber and main problems are summarized.At last,the future development of carbon fiber is prospected.【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2018(036)002【总页数】6页(P342-346,240)【关键词】碳纤维;铜基复合材料;表面改性;镀铜【作者】刘建秀;宋阳;樊江磊;吴深;张驰;贾德晋;李育文【作者单位】郑州轻工业学院机电工程学院,河南郑州 450002;郑州轻工业学院机电工程学院,河南郑州 450002;郑州轻工业学院机电工程学院,河南郑州 450002;郑州轻工业学院机电工程学院,河南郑州 450002;郑州轻工业学院机电工程学院,河南郑州 450002;郑州轻工业学院机电工程学院,河南郑州 450002;郑州轻工业学院机电工程学院,河南郑州 450002【正文语种】中文【中图分类】TB3331 引言近年来，金属基复合材料的理论研究、制备工艺发展十分迅速。
碳纤维增强复合材料的制备与性能研究
碳纤维增强复合材料的制备与性能研究引言：碳纤维增强复合材料是一种具有高性能和轻质化特点的新材料，广泛应用于航空航天、汽车、船舶和体育器材等领域。
本文将从碳纤维的制备方法、复合材料的制备工艺以及其性能研究等方面进行探讨。
一、碳纤维的制备方法碳纤维是一种由高度纯净的碳素原料制备而成的纤维。
目前常用的制备方法主要有聚丙烯腈纤维炭化法、沥青纤维炭化法和煤沥青纤维炭化法。
聚丙烯腈纤维炭化法是最常用的制备碳纤维的方法，其过程包括聚合、纺丝、预氧化、炭化和高模拉伸等步骤。
该方法制备的碳纤维具有较好的力学性能和电导率，广泛应用于航空航天领域。
沥青纤维炭化法利用含碳的原料，如煤沥青或石油沥青，制备碳纤维。
该方法具有制备工艺简单、成本低的优点，但碳纤维的力学性能相对较低。
煤沥青纤维炭化法是一种利用煤沥青作为碳纤维原料的方法。
通过将煤沥青纺丝成丝线，然后炭化处理得到碳纤维。
这种制备方法的碳纤维具有竖直排布的孔隙结构，结构独特，但强度较低。
二、复合材料的制备工艺碳纤维增强复合材料的制备工艺是将碳纤维与树脂复合而成的一种新型材料。
制备过程主要包括预处理、层叠和固化等步骤。
预处理是指对碳纤维进行表面处理，以增强其与树脂的粘结能力。
常用的方法有碱处理和氧等离子体处理。
碱处理可以使碳纤维表面形成羟基官能团，提高粘结性能。
而氧等离子体处理可以增加碳纤维表面的活性基团，提高其化学反应性。
层叠是将预处理过的碳纤维与树脂按照设计要求进行层叠，形成复合材料的初始结构。
层叠可以通过手工层叠和机械层叠两种方式进行，手工层叠适用于小批量生产，机械层叠适用于大规模生产。
固化是指将层叠好的碳纤维与树脂的复合材料放入固化设备中，在一定的温度和压力下进行固化反应。
固化过程中，树脂将热固化，与碳纤维形成牢固的化学键，使复合材料具有较好的力学性能和稳定性。
三、性能研究碳纤维增强复合材料的性能主要包括力学性能、热性能和导电性能等。
力学性能是衡量复合材料强度和刚度的重要指标，包括拉伸、弯曲和剪切等性能。
碳纤维增强复合材料力学性能的有限元模拟分析
碳纤维增强复合材料力学性能的有限元模拟分析引言：碳纤维增强复合材料是一种重要的结构材料，具有高强度、低密度和优异的耐腐蚀性能。
为了更好地理解和预测这种材料的力学性能，有限元模拟成为一种有效的工具。
本文将探讨碳纤维增强复合材料的力学性能及其有限元模拟分析方法。
1. 碳纤维增强复合材料的力学性能碳纤维增强复合材料由碳纤维和基体材料组成，具有独特的力学性能。
首先，碳纤维的高强度和高模量使得复合材料具有出色的抗拉强度和刚度。
其次，由于碳纤维和基体的界面结合紧密，复合材料还表现出较好的层间剪切性能。
此外，碳纤维增强复合材料的疲劳强度和耐冲击性也远远优于传统金属材料。
2. 有限元模拟在力学性能分析中的应用有限元模拟是一种计算方法，通过将复杂结构离散为数学模型，基于力学原理求解结构的应力和变形分布。
在碳纤维增强复合材料力学性能分析中，有限元模拟被广泛应用。
首先，可以通过有限元模拟研究复合材料在静力载荷下的应力分布和应变响应，从而评估其强度和刚度。
其次，有限元模拟还可以模拟在动力载荷下复合材料的疲劳寿命和冲击行为，并优化复合材料的设计和性能。
3. 有限元模拟参数的选择在进行碳纤维增强复合材料力学性能的有限元模拟时，需要选择合适的模拟参数。
首先，应选择适当的网格划分，以保证模型几何形状和表面质量的准确性。
其次，需要确定材料的力学性能参数，如弹性模量、剪切模量和层间剪切强度等。
对于复合材料的层间剪切强度，通常需要进行微观结构分析以获取准确的数值。
此外，外界加载条件（如温度、湿度等）也需要考虑进来以获得可靠的模拟结果。
4. 有限元模拟分析的挑战和进展尽管有限元模拟在碳纤维增强复合材料力学性能分析中具有重要的应用前景，但仍面临一些挑战。
首先，材料的非线性和各向异性使得模拟计算的复杂度增加。
其次，复合材料的失效机制与金属材料有所不同，需要改进模型和算法以准确地预测结构破坏行为。
此外，对于复合材料的疲劳和寿命预测，还需要开展更多的试验和验证以提高模拟的准确性。
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碳纤维增强铜基复合材料
姓名: 张洪敏
学号: SX1206088
专业: 材料加工工程
导师：汪涛
日期：2012年11月15日
碳纤维增强铜基复合材料
一、碳纤维增强铜基复合材料的性质及其特点
目前国内外开展金属基复合材料占主导地位的是铝基复合材料及其制品，铜基复合材料的研究虽然不占主导地位，近年来也受到了人们的极大重视。
现在有许多关于碳/铜复合材料的报道，证明它又一系列的优异性能。
如：可利用其低的膨胀系数和优良的导热、导电、延展性和耐磨性制作功能结构元件；大功率晶闸管支撑电极；大规模集成电路基板；电刷、触头及其他导电滑块；耐磨自润滑轴承和其他耐磨件等。
但是由于铜的熔点较高，较其他熔点低的金属来说，制造过程困难，同时由于铜基体与金属基复合材料的主要增强体润湿性差，所以影响了对其的研究和开发。
随着人们对界面结构认识的提高及对改善润湿性方法的采用，使铜基复合材料的开发和应用具有广泛的前景。
碳/铜复合材料除具有铜基复合材料的共同特点之外，还具有优良的高温力学性能，根据增强体的体积，可将热膨胀系数减到接近零。
这种复合材料的成本比钛低，密度比钢小，且易加工，因此碳/铜复合材料受到人们的广泛关注。
碳纤维增强铜基复合材料是以铜为基体，以碳纤维为增强体的金属基复合材料。
选择高强高模、高强中模及超高模量碳纤维，以一定的含量和分布方式与铜基体组成不同性能的碳/铜复合材料。
由于碳纤维具有很高的强度和模量，负的热膨胀系数以及耐磨、耐烧蚀等性能，与具有良好导热导电性的铜基组成复合材料具有很好的导热导电性、高的比强度、比模量，很小的热膨胀系数和耐磨、耐烧蚀性，是高性能的导热、导电功能材料。
二、碳纤维增强铜基复合材料的表面改性
一束碳纤维表面直接沉积铜后，经不同温度的真空热扩散，测试热扩散前后C/Cu复合材料丝的断裂强度，测定结果表明，复合丝经900℃热扩散后强度仍未降低，说明碳纤维与铜基体之间没有发生界面反应。
X射线衍射结果也表明，C/Cu界面处无反应物产生。
界面成分分析表明，没有发生Cu与C的互扩散及其溶解。
因此，C/Cu界面不会发生化学反应，也不会有溶解现象，只是一种已机械结合为主的物理结合。
为改善界面结合特性，有人首先在高强度碳纤维表面上电沉积镍涂层，使界面形成C-Ni互扩散结合特性，然后在镍涂层上电沉积铜。
最后把经过电镀的碳纤维预制件在900℃下热压实。
由此生产的材料模量不高，仅为180GPa，抗拉强度为380MPa，造成这种情况的主要原因是分层、纤维分布不均匀及基体松孔。
碳纤维与铜具有良好的化学相容性，但二者的润湿性差。
目前的研究，主要集中于以下两方面来改善其润湿性。
1、在基体中加入合金元素
在基体中加入适量的合金元素，通过改变基体的化学成分以降低润湿过程的自由能，促进基体与纤维润湿。
2、对碳纤维进行表面处理
用化学镀铜法，使碳纤维与铜箔产生了良好的复合，在碳纤维表面进行化学气相沉积处理后，再浸铜，得到了碳/铜复合丝，这种方法也可促进二者之间的润湿。
三、碳纤维增强铜基复合材料的制备
金属基复合材料品种繁多，多数制造过程是将复合过程与成型过程合为一体，同时完成复合与成型。
由于基体金属的熔点、物理和化学性质不同，增强物的几何形状、化学、物理性质不同，应选用不同的制造工艺。
现有的制造工艺有：粉末冶金法、热压法、热等静压法、挤压铸造法、共喷沉积法、液态金属浸渗法、液态金属搅拌法、反应自生法等。
归纳起来可以分成几大类：固态法、液态法和自生成法及其他制备法。
目前国内制备碳纤维增强铜基复合材料比较成熟的方法是粉末冶金法。
即通过配料、混料、压制、烧结来制造碳纤维增强铜基复合材料。
不过这种方法也存在着一定的问题，比如复合材料的性能会受到多种因素的影响，如压制压力、烧结温度和保温时间以及复压、复烧次数等，此外还存在生产效率低、生产工艺复杂等不足，一般只适用于制备纤维含量较低的短碳纤维/铜复合材料。
将得到的镀铜短碳纤维进行冷压烧结，压力为400MPa，温度为850℃（氢气气氛），时间3h。
复压压力为600MPa，复烧温度为850℃（氢气气氛），复烧时间3h。
以上工艺较为简便易行，但是，冷压烧结法只适用于制造碳纤维含量低的短碳纤维/铜复合材料。
四、碳纤维增强铜基复合材料的应用
由以上总结可以得出，碳纤维/铜复合材料综合了铜的良好导电、导热性以及碳纤维的高比强度和比模量、低得热膨胀系数及良好的润湿性，使其呈现出良好的传导性、耐磨性、耐高温性、耐电弧烧蚀性、抗熔焊性和抗老化等一系列优点，现作为一种功能材料已被广泛用作电子元件材料、滑动材料、触头材料、热交换材料、引线框架材料等，用于制造电刷、轴瓦、滑块、触点、集成电路散热板、轨道交通受电弓滑板及火箭发动机零件等机电零部件。
主要用于大电流电器、电刷、电触头和集成电路的封装零件。
用碳/铜复合材料制成的惯性电机电刷工作电流密度可高达500A/cm2。
碳/铜复合材料热膨胀系数为6×10-6℃-1，导热系数为220W/(m·K)，高于任何低热膨胀系数材料。
在高集成度的电子器件中有很好的应用前景。
由于这类材料的可设计性好，可以通过控制碳纤维含量及分布来获得不同的性能指标，在制备工艺上相对于碳/铝、石墨/镁而言简便易行，是一类很有应用前景的新型功能材料。
随着研究的深入，相信碳纤维增强铜基复合材料将在航空航天、能源、电气化铁路、城市地铁、汽车、通讯等领域得到更为广泛的应用。