碳纖維-銅和CuO納米線-碳纖維復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、作者研究了粉末冶金方法制備的碳纖維增強無鉛錫青銅基復(fù)合材料(基體成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)：Sn4％和Zn6％其余為銅)的力學(xué)性能以及減摩擦抗磨損性能。并探討了熱氧化方法制備的CuO納米線/碳纖維復(fù)合材料的磁性和吸波性能。 (1)研究了鍍銅時的PH值、鍍銅時間和鍍銅工藝次序?qū)μ祭w維表面鍍銅薄膜質(zhì)量的關(guān)系，制備了銅薄膜厚度約2μm質(zhì)地均勻的鍍銅碳纖維?；窘鉀Q了碳纖維與錫青銅基體之間潤濕性差的問題，為制備高強度、耐磨損、減摩擦的碳纖維增強銅基復(fù)

2、合材料奠定了堅實的基礎(chǔ)。也為制備寬頻、強吸收、輕質(zhì)的納米氧化物吸波復(fù)合材料提供了優(yōu)良的前驅(qū)體。 (2)通過溫壓、復(fù)壓復(fù)燒的方式制備出了高致密度、高硬度、高抗拉強度和減摩耐磨的碳纖維增強錫青銅基復(fù)合材料。通過性能表征顯示9％體積分?jǐn)?shù)的碳纖維增強錫青銅基復(fù)合材料的硬度、抗拉強度、比磨損率、摩擦系數(shù)都優(yōu)于ZQ663錫青銅合金。其中碳纖維體積分?jǐn)?shù)為9％左右時，復(fù)合材料的硬度達到最大值HV138.2 MPa，與zQSn663錫青銅合金的硬

3、度相比提高了大約80％。復(fù)合材料的抗拉強度也達到了最大值302 MPa，與ZQSn663錫青銅合金的抗拉強度相比提高了大約68％。且復(fù)合材料的比磨損率只有ZQ663錫青銅合金的比磨損率的1％，摩擦系數(shù)也遠小于ZQ663錫青銅合金。所制備的金屬基復(fù)合材料，取代了錫青銅(ZQ663)基體中全部的鉛和部分貴金屬錫；使復(fù)合材料不僅對環(huán)境無害，而且降低了成本，節(jié)約了資源，是一種符合生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)性要求的金屬基復(fù)合材料。 (3)通過熱氧化的方

4、法在400℃焙燒4 h條件下，制備了CuO納米線/碳纖維復(fù)合材料，其納米線長度從幾百納米到幾個微米不等，直徑在50 nm到100 nm不等。通過VSM在室溫條件下表征，結(jié)果顯示CuO納米線/碳纖維復(fù)合材料表現(xiàn)出微弱的磁性。通過Agilent E8363B PNA矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試了50％質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CuO納米線/碳纖維復(fù)合材料在電磁波頻率1～18 GHz范圍內(nèi)的電磁參數(shù)。其最強吸收在7.9 GHz，達到了-32 dB(吸收率>99.9％)

5、，厚度僅為1.8 mm。CuO納米線/碳纖維復(fù)合材料在反射率分別小于-4 dB和-10 dB時，電磁波頻率分別覆蓋了2.5～18 GHz和3～16.4 GHz，滿足了高頻和寬頻吸收的要求。反射率小于-20 dB(吸收率>99％)的條件下，吸收電磁頻率也覆蓋了3～9.8 GHz，滿足了在低中頻強吸收的需要。本試驗制備的復(fù)合材料與報道的相同吸收率的材料相比，具有更薄的厚度。 (4)通過熱氧化方法在400℃的條件下，制備了CuO納米線

6、/鈷/碳纖維復(fù)合材料。其中氧化銅薄膜的厚度約50 nm，鈷薄膜的厚度約200 nm，涂層表面有稀疏的直徑約10 nm的納米線，其余部分以納米小顆粒的形態(tài)存在。在外加磁場從-9000 Oe到9000 Oe的范圍內(nèi)，CuO/鈷/碳纖維復(fù)合材料的飽和磁化強度達到了29.8 emu/g，大約是CuO/碳纖維復(fù)合材料飽和磁化強度的1150倍。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的CuO納米線/鈷/碳纖維復(fù)合材料具有更低的反射率，且當(dāng)厚度為2 mm和外加頻率在10.7

7、5 GHz時，復(fù)合材料具有最低的反射率-42.7 dB(吸收率>99.9％)。當(dāng)復(fù)合材料的厚度在1.3～2.2 nlin的范圍內(nèi)，CuO納米線/鈷/碳纖維復(fù)合材料的強吸收(反射率<-10 dB，吸收率>90％)覆蓋了頻率8.72～18 GHz。在強吸收和相同厚度的前提條件下(反射率<-10 dB，吸收率>90％)，CuO納米線/鈷/碳纖維復(fù)合材料具有較寬的吸收頻率(3 GHz)。因此，CuO納米線/鈷/碳纖維復(fù)合材料是一種較優(yōu)異的吸收材

8、料。 (5)通過熱氧化方法在400℃合成了ZnO納米片狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)發(fā)光性能測試，結(jié)果表明了ZnO納米片結(jié)構(gòu)/碳纖維復(fù)合材料在325 nm激發(fā)條件下表現(xiàn)的橙紅光是由碳的間隙原子和鋅的間隙原子所致，綠光由材料內(nèi)部的氧空位產(chǎn)生。 (6)結(jié)合粉末冶金和熱氧化方法制備了納米注射器結(jié)構(gòu)和微米正四面體結(jié)構(gòu)MgZnO。隨著焙燒溫度增高，MgZnO形貌發(fā)生了改變，發(fā)光譜也明顯紅移(從500 nm移向560 nm)，這表明光致發(fā)光性能與其形

9、貌密切相關(guān)。 (7)通過粉末冶金和熱氧化方法制備SnZnO材料并對其光致發(fā)光性能進行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)SnZnO為納米纖維結(jié)構(gòu)，其直徑大約50 nm，長度大約60μm。在325 nm激發(fā)的條件下，納米纖維結(jié)構(gòu)的SnZnO在室溫條件下激發(fā)出較強的綠光(493 nm)。 (8)通過電化學(xué)沉積和熱氧化方法制備了微米仙人球狀CuO，并對其進行了表征。在350℃條件下熱氧化4 h后薄膜表面合成了微米尺寸仙人球狀CuO，球體表面為發(fā)散