摻雜石墨烯鎢銅復(fù)合材料組織性能的研究.pdf

1、WCu合金由于具有高強度、高抗燒蝕性能和抗熔焊特性以及良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，而被廣泛應(yīng)用于各種高壓斷路器的核心部件的電觸頭材料。近年來，隨著能源的分布，要求遠距離、超高壓輸電，尤其是超高壓大容量輸變電和新型電子產(chǎn)晶的小型化發(fā)展，對觸頭材料的性能提出新要求，比如同時具備高的電性能和極好的抗燒蝕性能等。而WCu合金作為制備中、高壓觸頭的首選材料，為獲得滿足新型觸頭材料的需求，本文通過摻雜優(yōu)異性能的石墨烯進行改性研究。首先采用一種新型綠色還原劑

2、二氧化硫脲通過氧化還原法制備石墨烯，并將其作為第三相新組元通過球磨混粉結(jié)合傳統(tǒng)無壓熔滲燒結(jié)工藝添加到WCu基體，通過X射線衍射儀、拉曼光譜、X射線光電子能譜和透射電子顯微鏡對石墨烯微觀結(jié)構(gòu)進行表征，同時采用金相顯微鏡、透射電鏡等手段表征鎢銅石墨烯復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)。研究溫度、還原劑量和還原時間對石墨烯結(jié)構(gòu)的影響以及石墨烯的添加對鎢銅復(fù)合材料顯微組織、物理性能和電弧燒蝕特性的影響。最后探討分析綠色還原法制備石墨烯的機理及石墨烯對WCu觸頭

3、材料電弧燒蝕性能影響的內(nèi)在機理。研究結(jié)果表明：
　　1.還原溫度為85℃，還原時間為1.5h，還原劑的量為0.2ml獲得結(jié)構(gòu)缺陷密度少、薄紗透明狀分布的石墨烯。這種綠色還原劑具有低成本、無毒、高效率和環(huán)境友好等優(yōu)點。其主要還原機理是二氧化硫脲在堿性和加熱條件下的強還原性和溶液中H+的對氧化石墨烯的開環(huán)能力。
　　2.在球磨后的粉體和熔滲燒結(jié)后的塊體材料中均可檢測到石墨烯的存在。當石墨烯添加量為1.0wt％時，部分石墨烯會在高

4、溫熔滲過程中與鎢相反應(yīng)生成碳化物。生成的碳化物分散在基體中破壞W相結(jié)構(gòu)，Cu相結(jié)構(gòu)完整。但石墨烯的添加可以細化W顆粒尺寸，最大可由原始的～45.50μm細化到～14.67μm。同時石墨烯可以起到活化燒結(jié)W骨架的作用。
　　3.隨著石墨烯的添加，復(fù)合材料的相對密度提高，1.0wt%石墨烯/鎢銅復(fù)合材料的相對密度達到98.4%。復(fù)合材料的硬度隨石墨烯的添加而提高，當添加量為1.0wt%時，材料的硬度達到HB208，較原始的鎢銅合金提高

5、21%。復(fù)合材料的電導(dǎo)率隨著石墨烯的添加先得到一定提高，隨后急劇下降。在石墨烯添加量為0.5wt%時，電導(dǎo)率達到最大值為～46.0%IACS。
　　4.鎢銅觸頭材料在燒蝕過程中的質(zhì)量損失隨著石墨烯添加量的增加呈現(xiàn)出先減小后增加的趨勢。添加0.5wt%石墨烯時，質(zhì)量損失最小，僅為0.42mg，相比原始合金抗電弧燒蝕性能提高30%。鎢銅觸頭材料的耐電壓強度隨著石墨烯質(zhì)量分數(shù)的增加先升高后降低，相比未添加石墨烯的WCu合金來說（擊穿場強