【摘 要】
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碳纳米管（CNTs）以其优异的性能广泛受到研究人员的青睐,常用来作为提高复合材料性能的增强相。大多数研究中是将CNTs分布在整个基体中,由于CNTs极易团聚,在基体中很难均匀分散,因此其与基体的界面结合很弱,对于材料性能的提高并不明显。后来研究人员根据这个问题又提出了许多新的方案,虽然提高了复合材料的强度,但却是以牺牲延展性和导电率作为代价,CNTs作为增强体与金属基体间的综合性能优势并不能得到很
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碳纳米管（CNTs）以其优异的性能广泛受到研究人员的青睐,常用来作为提高复合材料性能的增强相。大多数研究中是将CNTs分布在整个基体中,由于CNTs极易团聚,在基体中很难均匀分散,因此其与基体的界面结合很弱,对于材料性能的提高并不明显。后来研究人员根据这个问题又提出了许多新的方案,虽然提高了复合材料的强度,但却是以牺牲延展性和导电率作为代价,CNTs作为增强体与金属基体间的综合性能优势并不能得到很好的发挥。此时可以将目光转向复合材料的结构设计,在提高复合材料强度的同时还能保持高韧性和高导电性,实现CNTs同时增强复合材料不同性能的重要思路。本文采用化学镀和电沉积相结合的方法制备出CNTs/Ni复合泡沫,使其作为三维骨架增强材料强化铜基复合材料,然后再将纯铜粉填入泡沫孔隙中,最后经过SPS烧结制备出铜基复合材料。对复合材料的微观组织结构、机械性能以及磨损性能等进行测试和分析,实验结果如下:（1）以三聚氰胺泡沫为模板,利用化学镀和电沉积方法制备了不同碳管含量的CNTs/Ni泡沫,利用SEM对其微观形貌进行表征和万能试验机对复合泡沫进行压缩测试。结果表明CNTs在泡沫骨架中均匀分散且嵌入式分布,界面结合良好。其中质量分数为0.183%的CNTs/Ni泡沫压缩性能最好,屈服强度可达14.53MPa,比纯镍泡沫的2.33MPa提高了523.61%。但是质量分数超过0.183%时,CNTs开始出现团聚使CNTs/Ni泡沫压缩性能下降。（2）采用粉末冶金工艺法制备了CNTs/Ni泡沫作为三维骨架强化铜基复合材料,主要研究了不同的烧结温度和泡沫骨架增强体对于铜基复合材料性能的影响。保持碳管质量分数0.096%和烧结温度1023K不变,CNTs/Ni复合泡沫增强铜基复合材料的抗拉强度（331.28MPa）比纯镍泡沫增强铜基复合材料（抗拉强度为314.83MPa）提高了5.23%,比纯Cu样品（抗拉强度为222.73MPa）提高了48.74%。CNTs/Ni复合泡沫作为三维骨架增强材料制备出的铜基复合材料具有高强度、高韧性和高导电性。通过分析发现,由于载荷传递和晶粒细化,使复合材料的力学性能得到提高。（3）研究了不同碳管含量对于复合材料摩擦磨损性能的影响。当CNTs质量分数为0.183%时,复合材料具有最佳的磨损性能。这是因为CNTs的加入使得磨损表面形成更加致密的润滑层,使复合材料的摩擦系数逐渐降低,耐磨性更优异。但是当质量分数大于0.183%时,复合材料的磨损性能开始下降,因为碳管含量过多导致团聚现象出现,降低界面结合力。
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