Graphene nanosheet as reinforcement agent in copper matrix composite by using powder metallurgy method

Copper/graphene composites: a review

“…Most researchers have used sintering to consolidate the composite powders. In a few works, green compacts, generally prepared using a press or a testing machine, were sintered in a conventional [38,52,57,63,65,73,104] or microwave furnace [57]. The major advantage of the microwave sintering over conventional sintering is that it provides rapid heating, resulting in much finer grain sizes.…”

Microstructure and mechanical properties of spark plasma sintered titanium‐added copper/reduced graphene oxide composites

“…The yield strength value of 6-titanium sample receives a correspond-ing increment of 138.38 % compared to no titanium-added composite (109.4 MPa). Further, for 6titanium sample, the maximum compressive strength value reach to 498 MPa, beyond reported values of carbon nanotube/copper composite (330 MPa [22]), graphene nanosheet/copper composite (280 MPa [24]) and multivariate hybrid copper matrix composite (Hybrid highly strained stainless steel chips, tungsten carbide and chromium particulates: 412 MPa [25]). However, more titanium addition decreased the compressive strain of titanium-added copper/reduced graphene oxide bulk composites.…”

Preparation and Mechanical Property of Graphene-reinforced Copper Matrix Composites

“…有研究者采用累积叠轧焊(Accumulative Roll Bonding, ARB)的方法提升石墨烯铜复合材料的力 学性能 [44][45] 。ARB 工艺是先制得分散均匀的石墨烯 纳米片悬浮液, 然后通过喷枪将悬浮液均匀地喷涂 在表面光滑且无氧的两块铜条上。再通过辊轧机将 两块铜条叠轧在一起之后, 再将制得的样品切成两 块大小相似的铜板, 然后重复上述步骤 5~6 次后就 得到了石墨烯铜复合材料。Liu 等 [44] [46] 。相反 地, 石墨烯在铜基体的团聚则会大大降低复合材料 的力学强度。因此, 石墨烯均匀分散于基体中是获 得具有理想力学性能的复合材料的前提。为解决石 墨烯含量较高和分散程度较高时团聚的问题, 研究 人员采取了很多不同的策略, 包括改变加工路线 [47][48] , 图 4 分子级混合法制备石墨烯增强铜基复合材料示意图 [28] Fig. 4 Schematic diagram of MLM process of composites [28] 第 5 期 林正得, 等: 石墨烯增强铜基复合材料的研究进展 473 Ponraj, et al [22] P M…”

“…铜及铜合金具有优异的导电导热性能, 良好的 塑性、韧性与延展性, 广泛应用于电子电气行业、 机械制造业等领域, 在现代工业体系中占有重要位 置。但是传统的铜及铜合金材料存在强度低、高温 性能差等缺点 [1] , 限制了铜及铜合金的进一步应用。 随着现代工业技术的高速发展, 对铜及铜合金的力 学性能提出了更高要求。如何在铜及铜合金中引入 合适的增强相制备高性能的铜基复合材料, 以及如 何更好地发挥基体与增强相的协同作用, 成为研究 者关注的热点问题 [2][3][4][5] 。 在关于铜基复合材料的研究中, 多采用合金元 素(如 Ti、W、Ni 等元素) [6][7][8] 、碳纤维 [9][10] 、碳纳米 管 [5,[11][12] 等作为增强相提升铜基复合材料的性能。 使 用合金元素作为增强相, 可以显著提高铜基复合材 料的力学性能, 但是会大幅度降低材料的导电、导 热性能 [7][8] ; 使用碳纤维作为增强相制备的铜基复 合材料, 具有高导热、高导电性能以及优异的耐磨 损性能, 但是由于碳纤维与铜基体的界面润湿性差, 使得碳纤维增强铜基复合材料的力学性能有大幅度 的降低 [5,10] 。碳纳米管对铜基体的力学性能有小幅 度提高, 但是碳纳米管制备难度大, 成本高, 碳纳 米管在铜基体中易团聚。而且在碳纳米管增强铜基 复合材料的拉伸断面中经常发现大量处于拔出脱落 状态的碳纳米管 [11] , 说明碳纳米管与铜基体的结合 状态不够牢固, 界面结合仍需进一步增强。因此, 选 用新型增强相材料是提高铜基复合材料性能的关键。 石墨烯的发现 [13] 与大规模制备 [14] 为提高铜基 复合材料的性能提供了新的解决方法。石墨烯是一 种单层碳原子构成的二维纳米材料, 具有优异的力 学性能、电荷输运性能以及导热性能 [15][16] 。石墨烯 作为铜基复合材料的增强相有其独特的优势, 例如, 化学稳定性 [17] 、高强度和刚度 [18] 、优越的导电性能 和导热性能 [16] 。但是, 由于石墨烯密度小、分散性 差 [19] 、 与熔融铜界面张力不同以及界面结合问题 [20][21] , 很难实现石墨烯在铜基材料中均匀分散以及石墨烯 与铜的强界面结合。近年来, 石墨烯增强铜基复合 材料的新工艺不断出现, 本文将从石墨烯增强铜基 复合材料的制备方法、力学性能等方面进行详尽总 结, 并对其未来发展趋势进行展望。 [22][23] 、化学气相沉积法 (Chemical Vapor Deposition, CVD) [24][25] 、电化学沉积法(Electrochemical Deposition, ED) [26][27] 、 分 子 级 混 合 法 (Molecular-level Mixing, MLM) [28][29][30] [31] , 也是目前较为成熟, 应用最为广泛的金属基 材料制备工艺。为了使烧结体致密化, 研究者还会 选用热轧 [32] 、热挤压…”