碳納米增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的注塑成型

1、針對(duì)銅基復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能及CNTs較難在銅基體中均勻分散的問題提出了一種新的合成方法，即注射成型。先把功能化的CNTs分散在石蠟中，再采用注射成型技術(shù)。材料：Cu粉（粒徑15-20微米） 熱塑性油基粘結(jié)劑（PW、Polyethylene, PE; Stearic Acid, SA）工藝過程結(jié)果The measured thermal conductivities showed remarkable increase of 11% with addition of 1 vol.% MWNTs, and slight decrease at 5 and 10 vol.%MWNTs compare

2、d to the value of pure sintered Cu利用“顆粒輔助自動(dòng)機(jī)械剝離技術(shù)”制備大量的少層石墨烯與納米和亞微米銅復(fù)合粉體，再將復(fù)合粉體進(jìn)行電火花燒結(jié)即得到少層石墨烯增強(qiáng)的銅基復(fù)合材料。實(shí)驗(yàn)流程結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)斷口處存在許多被拉斷的少層石墨烯，有的石墨烯仍然嵌在基體中，有的已經(jīng)被整個(gè)拽了出來。石墨烯的直徑尺寸在 20um左右 復(fù)合材料中存在兩種特征組織，一種是正常的復(fù)合相，即少層石墨烯隨機(jī)分散在銅基體中，另一種是球形組織，即少層石墨烯包裹的銅顆粒的團(tuán)聚物。結(jié)論（1）經(jīng)過壓縮和拉伸性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的壓縮屈服強(qiáng)度明顯高于碳納管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的壓縮屈服強(qiáng)度，比普通純銅高約3

3、00MPa；但拉伸屈服強(qiáng)度要比碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料差，比普通純銅高60MPa 左右。 （2）復(fù)合材料的電阻率與普通純銅在一個(gè)數(shù)量級(jí)，但相比于普通純銅有所升高；復(fù)合材料的密度也比普通純銅低；復(fù)合材料的耐腐蝕性能比普通純銅差，C/CuMN-8h 復(fù)合材料比 C/CuMN-32h 復(fù)合材料的耐腐蝕性能好；C/CuMN-8h 復(fù)合材料的平均線膨脹系數(shù)相比于普通純銅有所降低。 粘結(jié)劑粘結(jié)劑是MIM技術(shù)的核心，在中粘結(jié)劑具有增強(qiáng)粉體流動(dòng)性和維持坯塊形狀的兩個(gè)基本職能。不同的粉末注射成形工藝，主要是粘結(jié)劑成 分以及脫粘技術(shù)不同。組成 一至兩種流動(dòng)性好的低分子組元 一種以上的高分子組元 少量必要的添加劑和

4、表面活性劑體系：熱塑性體系（石蠟基、油基和聚合物基）、凝膠體系、 熱固性體系和水溶性體系。 水溶性粘結(jié)劑用水作溶劑，不需要有毒的有機(jī)溶劑來脫脂，不污染環(huán)境，可以使脫脂過程由外及里推進(jìn)， 可以有效地提高脫脂速率。傳統(tǒng)的粘結(jié)劑在熱脫脂過程中，由于幾乎是成形坯內(nèi)外同時(shí)分解， 脫脂速率極慢，往往需要數(shù)十小時(shí)甚至數(shù)天，加快熱脫脂速度往往會(huì)造成鼓泡和開裂等無法彌補(bǔ)的缺陷。水溶性粘結(jié)劑易實(shí)現(xiàn)GO在粘結(jié)劑中均勻分布。 Debinding behaviour of a water soluble PEG/PMMA binder for Ti metal injection moulding , Material

5、s Chemistry and Physics,2013Titanium powder is formulated with PEG, PMMA and stearic acid (SA) to formulate titanium feedstock. 水溶性粘結(jié)劑是20世紀(jì)90年代開發(fā)出來的一類很有前途的體系是從“固態(tài)聚合物溶液”(SPS)體系中發(fā)展起來的。粘結(jié)劑主要由低分子量的固態(tài)結(jié)晶化學(xué)物質(zhì)構(gòu)成再加入少量高分子量的聚合物。結(jié)晶化學(xué)物質(zhì)住受熱時(shí)熔化，并將聚合物溶解，在其重結(jié)晶溫度下溶液變?yōu)楣虘B(tài)。其典型的配方為70乙酰苯胺+20聚苯乙烯+10硬脂酸，脫脂溶劑為乙醇，溶解脫脂時(shí)間為2h。Ch

6、un等人又開發(fā)了一種以水作溶劑的SPS體系，配方為70聚乙二醇(PEG)+30苯氧基樹脂或70PEG+25有機(jī)玻璃(PMMA)+5氧化乙烯蠟(0PEwl脫脂時(shí)間為710h。但這種體系存在混合時(shí)間長(zhǎng)、脫脂慢、溶脹等缺陷后來Anwar和Bakall作了改進(jìn)，采用懸浮聚合得到超高分子量的粉狀PMMA(分子量106)配合以特定的混合方式，解決了變形問題使水脫脂溫度可從室溫升至6080脫脂時(shí)間從16h降至23h，而且制備出了較高尺寸精度的產(chǎn)品。Hens等另辟蹊徑，用PEG與可交聯(lián)的聚乙烯縮丁醛(PVB)于脫脂前或部分脫脂后用紫外光固化，也控制了變形。Bialo發(fā)展了另一類水溶性體系，以聚氧化乙烯(PEO

7、)為水溶性成分，成形坯只需在水中浸泡6070min就可脫除大部分PEO。其典型配方為76PEO+23PEW+1SA， 水溶性粘結(jié)劑體系80聚乙二醇PEG+20聚甲基丙烯酸甲酯PMMA70聚乙二醇+30苯氧基樹脂70聚乙二醇+25聚甲基丙烯酸甲酯+5氧化乙烯蠟98苯胺+2石蠟92改性聚甲醛+8非催化性成分聚乙二醇PEG+聚甲醛POM 粘結(jié)劑存在吸水問題，混合較難，產(chǎn)品尺寸精度還不高。 一種新型水溶性金屬注射成形用粘結(jié)劑的研制， 李海普 鐘宏 祝愛蘭，粉末冶金技術(shù)，2006, 24(4)根據(jù)粘結(jié)劑在MIM中的功能和狀態(tài)，可知符合需求的水溶性組元應(yīng)具備以下物性： 1.常溫下為固態(tài)，注射溫度下為液態(tài)且

8、黏度低， 2.容納金屬粉末能力強(qiáng)但不腐蝕金屬， 分解溫度高于注射溫度， 3.易溶于水，與其它物質(zhì)特別是高分子物質(zhì)的相容性好， 成本低材料：PEG 、 POM、 PMMA、 SA 、 DOP 、 BHT 增塑劑DOP(鄰苯二甲酸二辛酯)：改善粘結(jié)劑組分間的相容性及減小黏度 表面活性劑SA(硬脂酸)：增加粘結(jié)劑組分對(duì)金屬粉末的潤(rùn)濕性 抗氧劑BHT（丁基化羥基甲苯）：防止聚乙二醇被氧化 聚甲基丙烯酸甲酯PMMA為實(shí)驗(yàn)室自制，采用懸浮聚合得到實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、進(jìn)行溶度參數(shù)計(jì)算及溶解試驗(yàn)以確定組元間的相溶性只有當(dāng)高聚物與溶劑的溶度參數(shù)差值 小于1. 5 時(shí)， 兩者才有可能相溶。2、混合實(shí)驗(yàn) (固定PEG的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為75%)結(jié)論： 1、PEG - POM 混合物相容性好、流動(dòng)性、冷卻強(qiáng)度好但水溶性差； 在PMMA 分子量適中時(shí)，PEG -PMMA 混合物相容性、 冷卻強(qiáng)度和水溶性都較好，但流動(dòng)性稍差， 適宜的PMMA 分子量范圍為 （40.7-98.4 ） X 104 ， 最佳分子量為98. 4 104 。 2、PEG - POM - PMMA 三元系，兼