碳纤维(CF)表面改性及CF-Cu(Cr)复合材料的制备与性能

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nhk1970
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碳纤维具有高强度、高模量、密度小、自润滑、可导电等诸多优点,是金属基复合材料理想的增强体。为了扩展碳纤维在金属基复合材料中的应用,本文采用粉末冶金方法制备了长碳纤维增强铜(铬)基复合材料,分析碳纤维在铜(铬)基体中的增强效果,并解决碳纤维在基体中的分散性以及界面结合等问题。选取鑫丰碳纤维公司生产的1K、3K碳纤维进行性能测试,并与国内碳纤维的性能对比分析,讨论碳纤维表面电镀铜前后力学和电学性能的变化;采用焦磷酸盐电镀铜的方法对碳纤维表面进行镀覆处理,并运用电化学工作站测定了镀液阴极极化曲线,对镀液配方进行优化及分析电镀工艺参数对镀层质量的影响;采用粉末冶金的方法制备长碳纤维增强铜(铬)基复合材料,讨论制备工艺、成分及碳纤维表面镀铜处理对组织性能的影响。本文结果如下:(1)1K、3K表面带胶碳纤维的抗拉强度、断裂伸长率及电阻率大于不带胶碳纤维,而带水溶胶碳纤维的抗拉强度、断裂伸长率及电阻率与带树脂胶碳纤维的基本相同;碳纤维抗拉强度为3118.4MPa-3880.5MPa,拉伸模量为195.3GPa-213.5GPa,断裂伸长率为1.55%-2.01%,电阻率为1.801510m-2.334510m;经碳纤维表面镀铜处理后,导电性提高了约150倍,抗拉强度和断裂伸长率有所降低。(2)对镀液阴极极化曲线分析发现,向P=7(焦磷酸铜50g/L,焦磷酸钾270g/L)的镀液中加入20g/L的柠檬酸铵,低电流密度区极化增大,有利于镀层质量的提高。优化后的镀液配方:焦磷酸铜50g/L,焦磷酸钾270g/L,柠檬酸铵20g/L的,在T=40℃,PH=8.2-8.8,I=0.6A条件下电镀铜工艺稳定,可以获得结晶细致、光亮、界面结合力良好的碳纤维表面镀铜层。电镀时间对晶体结构和晶粒大小影响不大,可通过控制走丝速度来控制镀层厚度。(3)采用粉末冶金方法制备了长纤维增强铜(铬)基复合材料,初压、初烧后复合材料相对密度在88.13%以上,复压复烧可进一步提高相对密度,最大达到94.91%。基体中加入Cr,有利于提高复合材料的硬度和抗拉强度,但电阻率略有增加;随碳纤维体积含量的增加,复合材料的抗拉强度明显增大,但电阻率也有所增加;同时,碳纤维表面镀铜处理能够增加界面结合强度,有利于抗拉强度的提高和电阻率的降低。
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