高导电高耐磨铜基复合材料的研究进展

铜基复合材料的摩擦磨损性能研究现状＊蒋娅琳，朱和国（南京理工大学材料科学与工程学院，南京２１００９４）摘要 铜基复合材料具有优异的性能及广泛的应用，而随着其应用的愈加广泛，对其摩擦磨损性能的要求也愈加严格。

综述了国内外颗粒增强、石墨自润滑、纤维增强和碳纳米管增强铜基复合材料的摩擦磨损性能，并简述了目前铜基复合材料存在的一些问题及展望。

关键词 铜基复合材料　颗粒增强　石墨自润滑　碳纤维　碳纳米管　摩擦磨损中图分类号：ＴＢ３３３ 文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈ　Ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｗｅａｒ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｃｏｐｐｅｒ　Ｍａｔｒｉｘ　ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＪＩＡＮＧ　Ｙａｌｉｎ，ＺＨＵ　Ｈｅｇｕｏ（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９４）Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｏｐｐｅｒ　ｍａｔｒｉｘ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｈａｓ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ａ　ｗｉｄｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，ａｓｔｈｅｉｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｍｏｒｅ　ｗｉｄｅｓｐｒｅａｄ，ｉｔ　ｒｅｑｕｉｒｅｓ　ｂｅｔｔｅｒ　ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗｅａｒ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗｅａｒ　ｐｅｒ－ｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｃｏｐｐｅｒ　ｍａｔｒｉｘ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｂｙ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｓｅｌｆ－ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ　ｇｒａｐｈｉｔｅ，ｆｉｂｅｒｓ　ｂｏｔｈ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ａｒｅ　ａｎａ－ｌｙｚｅｄ．Ｓｏｍｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｎｄ　ｐｒｏｓｐｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｕｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｒｉｅｆｌｙ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ ｃｏｐｐｅｒ　ｍａｔｒｉｘ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ，ｓｅｌｆ－ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ　ｇｒａｐｈｉｔｅ，ｃａｒｂｏｎ　ｆｉｂｅｒ，ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ｆｒｉｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗｅａｒ　＊国家自然科学基金面上项目（５１３７１０９８）　蒋娅琳：女，１９９０年生，硕士生，主要从事原位合成铜基复合材料方面的研究　Ｅ－ｍａｉｌ：９８３４３５８４５＠ｑｑ．ｃｏｍ　朱和国：通讯作者，男，１９６３年生，副教授，工学博士，主要从事铜基、铁基、钛基、铝基等原位合成复合材料方面的研究　Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｇ１２００＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ０　引言铜基复合材料具有较高的强度及良好的导电导热性、减磨耐磨性、耐蚀性等一系列优点，在摩擦减磨材料、电接触材料和机械零件材料等领域发挥着重要的作用［１，２］。

碳化物弥散强化铜基复合材料的研究一、本文概述随着材料科学技术的快速发展，铜基复合材料作为一种重要的工程材料，在航空航天、电子、能源、汽车等领域的应用日益广泛。

碳化物弥散强化铜基复合材料作为铜基复合材料的一种，凭借其优异的力学性能、导电导热性能以及良好的加工性能，成为了材料科学研究领域的热点之一。

本文旨在深入研究碳化物弥散强化铜基复合材料的制备工艺、组织结构与性能之间的关系，探讨其强化机制，为优化材料的性能和应用领域提供理论依据。

文章首先综述了国内外关于碳化物弥散强化铜基复合材料的研究现状和发展趋势，然后从材料的制备工艺出发，详细分析了碳化物的种类、形貌、尺寸及其在铜基体中的分布状态对复合材料性能的影响。

接着，文章通过实验和理论分析，深入探讨了碳化物弥散强化铜基复合材料的强化机制，包括细晶强化、位错强化、弥散强化等。

文章总结了研究成果，指出了研究中存在的问题和未来的发展方向，为碳化物弥散强化铜基复合材料的进一步研究和应用提供了参考。

二、碳化物弥散强化铜基复合材料的制备碳化物弥散强化铜基复合材料是一种通过引入碳化物颗粒来增强铜基体性能的新型复合材料。

其制备过程涉及到原料选择、粉末冶金、热处理和后期加工等多个环节，下面将详细介绍这一过程。

原料的选择是制备碳化物弥散强化铜基复合材料的关键。

一般来说，铜基体材料选用高纯度电解铜粉，以保证基体材料的优良导电性和塑性。

而碳化物增强相则可以根据需要选择如碳化硅（SiC）、碳化钛（TiC）等具有高硬度、高热稳定性的碳化物粉末。

接下来是粉末冶金过程，包括混合、压制和烧结等步骤。

在混合阶段，将铜粉和碳化物粉末按一定比例混合均匀，同时加入适量的成形剂和润滑剂，以提高压制过程中的成形性和烧结过程中的流动性。

混合后的粉末经过压制成型，形成所需形状的生坯。

然后在一定的温度和压力下进行烧结，使生坯中的粉末颗粒相互扩散和结合，形成致密的复合材料。

热处理是制备过程中的重要环节，其目的是消除材料内部的残余应力、提高材料的致密性和力学性能。

高导热金刚石Cu复合材料研究进展
高导热金刚石/铜（Diamond/Copper）复合材料是一种具有高导热性能的材料，由金刚石颗粒和铜基体组成。

这种复合材料结合了金刚石的优异导热性和铜的良好导电性，具有广泛的应用前景。

以下是关于高导热金刚石/铜复合材料研究的一些进展：
1. 制备技术：制备高导热金刚石/铜复合材料的主要方法包括电化学沉积法、热压法、高压高温法和黏结剂法等。

这些方法可以在金刚石颗粒和铜基体之间形成牢固的结合，并实现优异的导热性能。

2. 导热性能：高导热金刚石/铜复合材料具有出色的导热性能，可以达到甚至超过单晶金刚石。

金刚石颗粒的高导热性能和铜基体的良好导电性使这种复合材料能够有效传导热量，具有广泛的热管理应用潜力。

3. 界面热阻：金刚石颗粒和铜基体之间的界面热阻是影响高导热金刚石/铜复合材料导热性能的重要因素。

研究者通过界面改性、介入层和界面强化等方法来减小界面热阻，以提高导热性能。

4. 织构控制：研究者通过优化工艺和添加适当的添加剂，以控制金刚石颗粒在铜基体中的分布和方向，从而改善复合材料的导热性能。

例如，添加剂可以调节金刚石颗粒的尺寸、形状和分散性，以实现更均匀的导热路径。

5. 应用领域：高导热金刚石/铜复合材料在热管理领域有广泛的应用前景，例如半导体封装材料、电子器件散热器、高功率电子器件、激光器冷却器和热电模块等。

总体而言，高导热金刚石/铜复合材料的研究一直是一个活跃的领域。

通过不断优化制备工艺和界面控制技术，希望能够进一步提高复合材料的导热性能，扩大其在热管理应用中的应用范围和效果。

导电高分子材料的研究进展一、本文概述导电高分子材料作为一种新兴的功能材料，因其独特的导电性能和可加工性，在电子、能源、生物医学等领域展现出广阔的应用前景。

本文旨在综述导电高分子材料的研究进展，重点关注其导电机制、性能优化以及实际应用等方面。

我们将简要介绍导电高分子材料的基本概念、分类和导电原理，为后续讨论奠定基础。

接着，我们将重点回顾近年来导电高分子材料在合成方法、性能调控以及导电性能提升等方面的研究成果。

本文还将探讨导电高分子材料在电子器件、能源存储与转换、生物传感器等领域的应用进展，并展望未来的发展趋势和挑战。

通过本文的综述，希望能够为相关领域的研究人员提供有价值的参考信息，推动导电高分子材料的进一步发展。

二、导电高分子材料的分类导电高分子材料可以按照其导电机制、化学结构、应用方式等多种维度进行分类。

从导电机制来看，导电高分子材料主要分为电子导电高分子和离子导电高分子两大类。

电子导电高分子主要依靠其共轭结构中的π电子进行导电，如聚乙炔、聚吡咯、聚噻吩等；而离子导电高分子则通过离子在固态中移动实现导电，如聚电解质、离子液体等。

从化学结构上看，导电高分子材料主要包括共轭聚合物、金属络合物高分子、复合型导电高分子等。

共轭聚合物由于具有大的共轭体系和离域π电子，表现出优异的电子导电性；金属络合物高分子则通过金属离子与高分子链的配位作用，形成导电通道；复合型导电高分子则是通过在绝缘高分子基体中添加导电填料（如碳黑、金属粒子、导电聚合物等），实现导电性能的提升。

在应用方式上，导电高分子材料可以分为结构型导电高分子和复合型导电高分子。

结构型导电高分子本身即具有导电性，可以直接用于电子器件的制备；而复合型导电高分子则需要通过添加导电填料等方式实现导电性能的调控，其导电性能受填料种类、含量、分散状态等多种因素影响。

根据导电高分子材料的导电性能，还可以分为导电高分子、抗静电高分子和高分子电解质等。

导电高分子具有高的导电性，可以作为电极材料、电磁屏蔽材料等；抗静电高分子则主要用于防止静电积累，如抗静电包装材料、抗静电涂层等；高分子电解质则具有离子导电性，可应用于电池、传感器等领域。

纳米材料增强铜基复合材料的制备技术和最新研究动态及发展趋势摘要:纳米颗粒增强铜基复合材料具有独特的结构特征、优异的力学性能, 与纯铜近似的导电、导热性能, 是一种有着广泛应用领域的功能材料。

论述了碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法以及制备工艺对复合材料性能的影响, 并对将来材料的研究方向进行了展望。

关键词:纳米颗粒铜基复合材料增强相引言铜及铜合金具有优异的导电、导热性能, 优良的耐蚀性能和工艺性能等特点, 在电子、电力等工业部门有广泛的用途, 但铜及铜合金的强度低, 耐磨性差,高温下较易软化变形, 使其应用受到了很大限制。

因此, 如何在保持铜及铜合金优异性能的前提下, 使强度大幅度地提高已成为铜基复合材料研究开发的主要任务。

颗粒增强就是将所需增强的颗粒分布在铜基体中, 使铜基复合材料的综合性能得到改善, 增强颗粒是位错线运动的障碍, 位错线需要较大的应力才能克服阻碍向前移动, 实现颗粒增强相与铜基体的优势互补, 从而提高铜基复合材料的性能, 使材料的强度、耐磨性及高温下的性能大大提高, 同时, 颗粒只占基体的极小的体积分数, 因而不致影响铜基体固有的物理化学性质, 故材料的导电性、导热性又没有明显降低。

但是外加的增强颗粒较粗大, 容易在基体中发生偏聚, 热力学上也不稳定, 而纳米颗粒具有小的尺寸效应、表面效应、量力尺寸效应和宏观量子隧道效应等特性, 呈现出许多奇异的物理、化学性质, 实验表明, 在增强一定的相体积情况下, 颗粒越细, 颗粒数越多, 粒子间距也越小, 材料性能改善得越好。

1 纳米颗粒增强相的类型及选用原则目前为止, 所采用的纳米颗粒增强相的类型很多, 有各种陶瓷、玻璃、金刚石、石墨等, 按照形态分类主要有纳米纤维和纳米颗粒。

各种纳米颗粒增强相见表1。

2 碳纳米管增强铜基复合材料碳纳米管（carbon nanotubes，CNTs）是一种中空结构的一维纳米材料，具有密度小、强度大、比表面积大、导电和导热性能优良、热膨胀系数低及耐强酸强碱等特性。

高导热金属基复合材料的制备与研究进展摘要：随着电子器件芯片功率的不断提高，对散热材料的热物理性能提出了更高的要求。

将高导热、低膨胀的增强相和高导热的金属进行复合得到的金属基复合材料，能够兼顾高的热导率和可调控的热膨胀系数，是理想的散热材料。

本文对以 Si、 SiCp、金刚石、鳞片石墨为增强相的铜基及铝基复合材料的研究进展进行了总结，并就金属基复合材料目前存在的问题及未来的研究方向进行了展望。

关键词：制备；研究进展；金属复合材料提升相和基体原材料的润滑性对复合材料的热性能有很大影响。

除此之外，基体中加强相的趋向和分布、复合材料的相组成和微观结构也会影响到原材料的导热系数。

为了防止复合材料中加强相分别不匀、趋向不匀等问题造成导热系数降低，在挑选复合材料制备方式时，应充分考虑各种方法的优缺点，并完善相关工艺指标，就可以获得导热系数最理想的金属基复合材料。

现阶段，铜基和铝基复合材料的制备技术大概可以分为固相法和液相法两类。

固相法有热压烧结法、高温高压烧结法和等离子放电烧结法等，液相法有搅拌铸造法和熔渗法等。

一、热压烧结法热压是制备复合材料传统的方式，主要加工工艺是将基体与加强相粉末混合匀称，然后放入磨具中增加工作压力，除气后升温至固相线环境温度下，在空气、真空泵及保护气中致密化，产生复合材料。

热压烧结法是金属基复合材料的重要制备方式，此方法的优势是生产出的复合金属质量稳定，加强相和金属粉占比可调。

可是，缺陷非常明显，烧结必须使用磨具，无法制备外观繁杂、尺寸大的金属基复合材料，且工艺成本高。

Goryuk 研发了电子元件基材使用于SiC/Al复合材料的压合工艺流程之中，通过隔热保温时间与压力对SiC/Al复合材料相对密度和导热系数产生的影响。

通过Goryuk的研究最佳的制备参数为：烧结环境温度700摄氏度、烧结工作压力20 MPa、隔热保温时长1 h、保护气为N2。

选用该加工工艺所得到的复合材料导热系数为240 W m-1K-1。

第14卷第5期2023年10月有色金属科学与工程Nonferrous Metals Science and EngineeringVol.14，No.5Oct. 2023高强高导石墨烯增强铜基复合材料的研究进展张晓青， 姜庆伟*， 张守健， 刘博文， 王洪岗， 严光茂（昆明理工大学材料科学与工程学院，昆明 650093）摘要：高强高导材料在其广泛的应用中可以带来更高的工作性能和更低的能耗，一直是材料科学领域的重点研究对象。

石墨烯因具有优异的力学性能和良好的导电性能，常被作为理想的第二相增强体引入铜基体提升综合性能。

文中论述了石墨烯增强金属基复合材料的研究背景，详细阐述并分析了石墨烯增强铜基复合材料的制备方法，概括了近年来石墨烯增强铜基复合材料的力学性能及导电性能的研究现状，总结与展望了石墨烯增强铜基复合材料的未来发展趋势。

关键词：高强高导；石墨烯；铜基复合材料；力学性能；导电性能中图分类号：TB333；TF823；TG115 文献标志码：AResearch progress of high-strength and high-conductivity graphene reinforcedcopper matrix compositesZHANG Xiaoqing, JIANG Qingwei *, ZHANG Shoujian, LIU Bowen, WANG Honggang, YAN Guangmao（Faculty of Materials Science and Engineering ， Kunming University of Science and Technology ， Kunming 650093，China ）Abstract: High-strength and high-conductivity materials have been the focus of research in the field of materials science because they can bring higher performance and lower energy consumption in a wide range of applications. Due to its excellent mechanical properties and good electrical conductivity, graphene is often introduced into the copper matrix as the most ideal second-phase reinforcement to improve the comprehensive performance. This paper reviewed the research background of graphene reinforced metal matrix composites. The preparation method of graphene reinforced copper matrix composites was described and analyzed in detail. The research status of the mechanical and electrical properties of graphene-reinforced copper matrix composites in recent years was summarized. Finally, the future development of graphene reinforced copper matrix composites was summarized and discussed.Keywords: high strength and high conductivity ； graphene ； copper matrix composites ； mechanical properties ； electrical conductivity有色金属铜及其合金因具有优异的导电导热性、良好的塑韧性与耐腐蚀性等性能，在电子、机械工业、能源化工和航空航天等领域应用广泛[1]。

金刚石增强铜基复合材料的制备及性能研究金刚石增强铜基复合材料的制备及性能研究随着现代科学技术的发展，新型复合材料在各个领域得到广泛应用。

金刚石是一种性能优良的超硬材料，具有优异的热导性、机械强度和化学稳定性。

而铜是一种常见的金属材料，具有良好的导电性和导热性。

将金刚石与铜进行复合，可以充分发挥两者的优势，提高材料的性能，广泛应用于高温、高压、高速工况下的制造业。

金刚石增强铜基复合材料的制备是一个复杂的过程。

首先要选择优质的金刚石颗粒，并进行表面处理，以提高其与铜基体的结合力。

常用的表面处理方法有化学处理和物理处理两种。

化学处理包括酸洗和溶胶-凝胶法，通过在金刚石颗粒表面形成一层氧化物或硅酸盐包覆层，提高金刚石与铜的结合力。

物理处理包括阳极电解氧化和等离子体处理，通过改变金刚石颗粒表面的形貌和化学性质，增强与铜的结合力。

接下来是金刚石颗粒的分散与铜基体的制备。

常用的分散方法有机械搅拌、超声波振荡和球磨法等，通过将金刚石颗粒均匀分散到铜粉中，形成金刚石包覆的铜粉。

最后是复合材料的烧结制备。

将金刚石包覆的铜粉填充到模具中，进行压制和烧结，使金刚石与铜粉之间形成强烈的冶金结合。

烧结温度和时间的选择对复合材料的性能有重要影响，需要通过试验确定最佳工艺参数。

金刚石增强铜基复合材料具有一系列优异的性能。

首先是热导性能。

金刚石的热导率很高，可以有效提高复合材料的热导率，增强散热能力，降低工作温度。

其次是硬度和耐磨性。

金刚石的硬度极高，可以明显提高复合材料的硬度和耐磨性，延长使用寿命。

再次是导电性和导热性。

铜具有良好的导电性和导热性，金刚石增强铜基复合材料可以在保持优异机械性能的同时，保持优良的导电和导热性能。

此外，复合材料还具有优越的化学稳定性和抗腐蚀性能，适用于恶劣环境下的应用。

金刚石增强铜基复合材料在实际应用中有广阔的前景。

首先是航空航天领域。

航空航天设备对材料的要求非常高，需要具备高温、高压和高速工况下的良好性能。