軋膜成形制備C-Cu復(fù)合材料和燃料電池NiO-YSZ陽極材料的研究.pdf

1、碳/銅(C/Cu)復(fù)合材料兼有Cu良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性、抗電弧侵蝕性等和石墨良好的耐高溫、自潤滑性等,廣泛應(yīng)用于電工電子、機(jī)械、航空航天等領(lǐng)域。現(xiàn)代科技的快速發(fā)展,使C/Cu復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域從高強(qiáng)度、減摩耐磨等機(jī)械零件進(jìn)一步擴(kuò)展到集成電路、封裝底座、熱沉材料和散熱片等高導(dǎo)熱、高導(dǎo)電零部件。在一些應(yīng)用場合下,還需要具有特殊形狀(如薄片狀)的C/Cu復(fù)合材料制品。而碳纖維、碳納米管等新型碳材料的應(yīng)用,則可以進(jìn)一步提高C/Cu復(fù)合材料復(fù)合材料

2、的性能。在新能源領(lǐng)域,為了實現(xiàn)中溫固體氧化物燃料電池(SOFC)的實用化,探索大面積平板狀電池(特別是NiO/YSZ陽極支撐體材料)的低成本制備工藝,也成為目前SOFC研究的熱點之一。軋膜成形作為一種制備層片狀材料的有效方法,已廣泛應(yīng)用于陶瓷、電容器、電路基片等的工業(yè)生產(chǎn),但采用軋膜成形來制備上述新型材料迄今仍有大量的理論和工藝技術(shù)問題有待研究解決。本論文嘗試采用軋膜成形來制備C/Cu復(fù)合材料和燃料電池 NiO/YSZ陽極支撐體材料,同

3、時對其組織、性能進(jìn)行測試分析,以探索上述材料的制備新工藝,開發(fā)出高性能的新型復(fù)合材料。
　　實驗過程中,分別以天然鱗片狀石墨、碳納米管、電解銅粉、NiO、YSZ等為主要原料,選取合適的有機(jī)粘結(jié)劑、增塑劑、分散劑等,通過有機(jī)基軋膜成形分別制備出了石墨/銅、碳納米管/銅、NiO/YSZ燃料電池陽極支撐體等軋膜生坯,隨后燒結(jié)得到了石墨/銅、碳納米管/銅復(fù)合材料和NiO/YSZ燃料電池陽極支撐體材料,系統(tǒng)研究了軋膜坯料配方、軋膜工藝參數(shù)、

4、燒結(jié)工藝條件等對所制備的軋膜生坯以及燒結(jié)體的組織、性能等的影響。論文取得的主要結(jié)果包括:
　　(1)以電解Cu粉和石墨粉為原料,聚乙烯縮丁醛(PVB)為粘結(jié)劑,環(huán)己酮為增塑劑,通過有機(jī)基軋膜成形成功制備出了石墨/Cu生坯(3％石墨),經(jīng)700℃預(yù)燒和970℃燒結(jié)獲得了石墨/Cu復(fù)合材料,其相對密度、電導(dǎo)率和維氏硬度分別為91.4%、44.4%IACS和72.2HV。
　　(2)軋膜坯料的組成對軋膜過程的進(jìn)行和生坯性能有明顯的

5、影響,當(dāng)粘結(jié)劑含量>4%,增塑劑含量>10%時,碳/銅生坯成形性較好;粘結(jié)劑含量的增加有利于軋膜的進(jìn)行,且生坯相對密度增加,含4%和8%粘結(jié)劑生坯的密度分別為4.48g/cm3和5.51g/cm3,相對密度分別為88.1%和96.4%。生坯厚度對生坯密度也有一定的影響,生坯厚度從0.1mm增加到0.7mm,生坯密度降低了0.2g/cm3。
　　(3)以鍍銅石墨、碳納米管和銅粉為原料,通過軋膜成形制備出了鍍銅石墨/Cu、碳納米管/C

6、u復(fù)合材料。測試結(jié)果表明石墨表面鍍銅可以提高石墨/銅復(fù)合材料的性能,含3%石墨的鍍銅石墨/Cu材料電導(dǎo)率達(dá)53.2%IACS、硬度達(dá)77.8HV。碳納米管/銅復(fù)合材料的性能與碳納米管含量有關(guān),隨著碳含量的增加,材料的相對密度、力學(xué)性能先升后降,在3%時材料的綜合性能較好,相對密度、抗彎強(qiáng)度、維氏硬度和電導(dǎo)率為89.09%、74.3MPa、88.2HV、41.36%IACS。
　　(4)通過有機(jī)基軋膜成形制備出了平板狀SOFC的Ni