クロム添加銅粉末を用いたCu-CNT焼結複合材料の界面制御性と熱機械的特性

铬掺杂铜粉Cu-CNT烧结复合材料的界面可控性和热机械性能

基本信息

  • 批准号:
    10J04340
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 0.9万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2010 至 2012
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

本研究では、Cu/CNT複合材料の熱伝導性を保ったままCu/CNT界面の結合性を改善することが重要である。SPS法を用いて1263Kで焼結したCuCr/CNT複合材料のSPS圧縮軸に垂直な方向の熱伝導率はCNTの堆積分率の上昇と共に複合材料の熱伝導率は低下する傾向にあるものの、CNTの体積分率が0.5%ではマトリックスより熱伝度率が上昇し、CNTの体積分率が約2%までは大きな減少は見られず、CuCr焼結体の熱伝導率と等しい値を示した。しかし、CNTの体積分率が0.5%の複合材料の熱伝導率の増加はCr炭化物の生成が複合材料の熱伝導率に及ぼす影響は少なく、複合材料の熱伝性を保ったまた界面結合性を改善できるという可能性を示した。また、SPS法を用いて1263Kで焼結したCuCr/CNT複合材料の熱膨張係数は体積分率の増加と共に熱膨張係数は減少する傾向にあった。従って、マトリックスとCNTの界面でのCr炭化物の生成によって、界面結合性が改善された結果と考えられる。この結果から、Crを微量添加することにより、マトリックスの熱伝導率に及ぼす影響は少なくした上で、界面にCr炭化物を生成させ、界面結合性を改善できたと考えられる。また、本研究では押出し法を用いてCNTが均一に分散したCuCr/CNT複合材料を作製し、炭化物形成による界面結合性を確かめるために引張り強度を評価した。Crを添加してないCu/1%CNT複合材料の場合、引張り強度はCuより減少し、破断面でも引き抜かれたCNTが観察され、CNTのCuマトリックス間の弱い界面結合性によりマトリックスからCNTへの効果的な荷重伝達が生じなかったことが引張り強度の減少の原因と考えられる。一方、CuCr/CNT複合材料の場合、測定した引張り強度はCuCrに比べ、CNTの含有量の増加に伴い高い値を示した。また、破断面のCNTでは、内部層が現れたものと塑性変形したCNTも観察され、CNTの外面の破壊が生じCNT内部層が引き抜かれた結果で、マトリックス側の荷重がCNTに伝達され破断したものと考えられる。従って、CNTとマトリックスの界面結合性の改善がCNT複合材料の機械的特性の改善に非常に重要であることを実験的に証明し、その可能性を確かめることができた。
在这项研究中,重要的是在维持Cu/CNT复合材料的导热率的同时,提高CU/CNT界面的键合性。尽管使用SPS方法在1263K烧结的CUCR/CNT复合材料的导热性倾向于随着CNT沉积分数的增加而降低,但复合材料的热导率随CNT沉积分数的增加而增加,当CNT的体积分数增加,并没有增加Matrix的体积降低,并且体积降低了,体积降低了,体积降低了,体积降低了。值等于CUCR烧结体的导热率。但是,体积分数为0.5%的复合材料的热导率的增加对复合材料的热导率几乎没有影响,这表明可以维持Cr碳化物的形成并且可以提高界面粘合性能的可能性。此外,使用SPS方法在1263K烧结的CUCR/CNT复合材料的热膨胀系数倾向于随着体积分数的增加而降低。因此,据信,基质-CNT界面处的Cr碳化物的形成会改善界面连接性。从这些结果中可以相信,通过添加少量Cr,对基质的导热率的影响减少,并在界面处产生Cr碳化物,从而改善了界面结合。在这项研究中,我们制造了一种CUCR/CNT复合材料,其中CNT通过挤出均匀分散,并评估了拉伸强度以确认由于碳化物形成而引起的界面粘合性能。在不添加CR的CU/1%CNT复合材料的情况下,与CU相比,拉伸强度降低,即使在骨折表面也观察到CNT。 CNT的CU矩阵之间的弱界面键并未导致从基质到CNT的有效载荷转移。另一方面,在CUCR/CNT复合材料的情况下,与CUCR相比,随着CNT含量的增加,测得的拉伸强度较高。此外,在骨折表面的CNT中,还观察到内部层并观察到塑性变形的CNT,并且由于CNT的外表面,将CNT的内层拉出,因此认为基质侧的负载将传递到CNT和脱离。因此,在实验上证明,提高CNT和基质的界面键合对于改善CNT复合材料的机械性能至关重要,并且可以证实其电位。

项目成果

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专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Multiwalled carbon nanotubes as a contributing reinforcement phase for the improvement of thermal conductivity in copper matrix composites
  • DOI:
    10.1016/j.scriptamat.2010.04.024
  • 发表时间:
    2010-08-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Cho, Seungchan;Kikuchi, Keiko;Tsukada, Takayuki
  • 通讯作者:
    Tsukada, Takayuki
Radial followed by longitudinal unzipping of multiwalled carbon nanotubes
  • DOI:
    10.1016/j.carbon.2011.05.023
  • 发表时间:
    2011-10-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Cho, Seungchan;Kikuchi, Keiko;Kawasaki, Akira
  • 通讯作者:
    Kawasaki, Akira
Microstructure and thermal conductivity of multiwalled carbon nanotube-copper composites fabricated by spark plasma sintering
放电等离子烧结多壁碳纳米管-铜复合材料的微观结构和导热性能
  • DOI:
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Seungchan Cho;Keiko Kikuchi;Akira Kawasaki
  • 通讯作者:
    Akira Kawasaki
Dual reinforcements gradient layered aluminum matrix composite materials
双增强梯度层状铝基复合材料
  • DOI:
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Hansang Kwon;Marc Leparoux;Gilgeun Lee;Seungchan Cho;Takamichi Miyazaki;Hiroki Kurita;Akira Kawasaki
  • 通讯作者:
    Akira Kawasaki
銅/カーボンナノチューブ焼結複合材料における界面性状と熱伝導率
铜/碳纳米管烧结复合材料的界面性能和导热系数
  • DOI:
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Seungchan Cho;Keiko Kikuchi;Akira Kawasaki;曹承贊
  • 通讯作者:
    曹承贊
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