碳纖維-銅和CuO納米線-碳纖維復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合材料(基體成分質(zhì)量分數(shù)：Sn4％和Zn6％其余為銅)的力學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

2、合材料奠定了堅實的基礎。也為制備寬頻、強吸收、輕質(zhì)的納米氧化物吸波復合材料提供了優(yōu)良的前驅(qū)體。 (2)通過溫壓、復壓復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合材料。通過性能表征顯示9％體積分數(shù)的碳纖維增強錫青銅基復合材料的硬度、抗拉強度、比磨損率、摩擦系數(shù)都優(yōu)于ZQ663錫青銅合金。其中碳纖維體積分數(shù)為9％左右時，復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，結果顯示CuO納米線/碳纖維復合材料表現(xiàn)出微弱的磁性。通過Agilent E8363B PNA矢量網(wǎng)絡分析儀測試了50％質(zhì)量分數(shù)的CuO納米線/碳纖維復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/碳纖維復合材料飽和磁化強度的1150倍。質(zhì)量分數(shù)為30％的CuO納米線/鈷/碳纖維復合材料具有更低的反射率，且當厚度為2 mm和外加頻率在10.7

7、5 GHz時，復合材料具有最低的反射率-42.7 dB(吸收率>99.9％)。當復合材料的厚度在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納米片狀結構。根據(jù)發(fā)光性能測試，結果表明了ZnO納米片結構/碳纖維復合材料在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)結合粉末冶金和熱氧化方法制備了納米注射器結構和微米正四面體結構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。 (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。結果發(fā)現(xiàn)SnZnO為納米纖維結構，其直徑大約50 nm，長度大約60μm。在325 nm激發(fā)的條件下，納米纖維結構的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