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

• 批准号: 10J04340
• 负责人: 曹 承贊 (2011)
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: Tohoku University
• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J04340/
• 关键词: カーボンナノチューブ; CuCr合金粉末; 表面処理; クロム炭化物; 荷重伝達; 熱伝導率; 熱膨張係数; 引っ張り強度; 表面欠陥; CuCr; ナノ炭化物; 界面制御

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改善Cu/CNT界面的组合。随着CNT污染比的增长，使用SPS方法烧结的CUCR/CNT复合材料的热导率倾向于随着复合材料的热电导率而降低CNT量速率％，加热速率从矩阵中增加，CNT量速率不会降低约2％，表明CUCR烧结热电导率的相等值。但是，CNT体积速率为0.5％的复合材料的热导率的增加对CR碳化物的产生对复合材料的热导率的产生影响很小，并且表面结合保持了复合材料的热性质材料表明它可以改善。此外，使用SPS方法在1263K烧结的CUCR/CNT复合材料的热膨胀系数往往会随着体积速率的增加而降低。因此，认为通过在矩阵和CNT之间的界面上的Cr碳化物产生的Cr碳化物的产生可以改善界面结合特性。从此结果，可以认为少量CR降低了对矩阵的导热率的影响，并且已由界面生成以产生CR碳化物并改善中间键合。在这项研究中，制作了使用挤出方法均匀分布CUCR/CNT复合材料，并评估了拉伸强度以确认碳化物形成的表面键合。对于不添加Cr的Cu/1％CNT复合材料，从CU降低了拉伸强度，即使在断裂的表面上拔出CNT，并且由于表面较弱的表面性矩阵即使在断裂的表面上拉出。在CNT CU矩阵之间。另一方面，在CUCR/CNT复合材料的情况下，由于CNT含量的增加，测得的拉伸强度高于CUCR。在断裂的表面上的CNT中，还观察到内部层的内部层和塑料变形的CNT，并且CNT的外部被破坏，CNT内部层被拉出，从而使CNT传输到CNT并损坏被认为是完成的。因此，实验是，CNT和基质的干扰在改善CNT复合材料的机械特征方面非常重要，并且有可能确认可能性。

项目成果

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: SCRIPTA MATERIALIA
• 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: CARBON
• 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

• 发表时间: 2011
• 作者: Seungchan Cho;Keiko Kikuchi;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

• 发表时间: 2010
• 作者: Seungchan Cho;Keiko Kikuchi;Akira Kawasaki;曹承贊
• 通讯作者: 曹承贊

Dual reinforcements gradient layered aluminum matrix composite materials

双增强梯度层状铝基复合材料

• 发表时间: 2011
• 作者: Hansang Kwon;Marc Leparoux;Gilgeun Lee;Seungchan Cho;Takamichi Miyazaki;Hiroki Kurita;Akira Kawasaki
• 通讯作者: Akira Kawasaki