石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備及摩擦學(xué)行為研究

石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備及摩擦學(xué)行為研究

摘要：石墨烯作為一種新型的二維納米材料，在復(fù)合材料領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。本研究以石墨烯為增強(qiáng)相，通過粉末冶金方法成功制備出石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。通過掃描電鏡和X射線衍射分析表明，石墨烯均勻分散在銅基復(fù)合材料中，并且未改變銅基復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)。在摩擦學(xué)性能方面的研究表明，石墨烯的加入顯著改善了復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能，包括摩擦系數(shù)的降低和摩擦磨損的減輕。本研究結(jié)果為石墨烯在摩擦學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新思路。

關(guān)鍵詞：石墨烯；增強(qiáng)銅基復(fù)合材料；粉末冶金；摩擦學(xué)行為

1.引言

石墨烯作為一種新型的二維納米材料，具有極高的機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性等優(yōu)異性能。這些優(yōu)良性能使得石墨烯成為材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。近年來，石墨烯被引入到復(fù)合材料中，以提升其力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能。其中，石墨烯增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料因其具有良好的耐熱性和高導(dǎo)電性而備受關(guān)注。本研究旨在制備石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，并研究其摩擦學(xué)行為。

2.實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)采用粉末冶金法制備石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。首先，在球磨機(jī)中將石墨烯和銅粉混合球磨20小時，以實(shí)現(xiàn)二者的均勻分散。然后，將混合物轉(zhuǎn)移到模具中，施加高壓條件下進(jìn)行熱壓燒結(jié)。最后，通過熱處理和機(jī)械磨削等工藝得到所需的樣品。制備出的樣品經(jīng)過掃描電鏡和X射線衍射分析進(jìn)行表征。

3.結(jié)果與討論

通過掃描電鏡觀察，可以明顯觀察到石墨烯在銅基復(fù)合材料中的分散情況。圖1顯示了石墨烯和銅基復(fù)合材料的SEM圖像?？梢钥闯?，石墨烯均勻分散在銅基復(fù)合材料的基體中，未出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。這表明石墨烯在熱壓燒結(jié)過程中成功地與銅粉充分混合并均勻分散。

通過X射線衍射分析，可以發(fā)現(xiàn)石墨烯的加入并未改變銅基復(fù)合材料的晶體結(jié)構(gòu)。圖2顯示了石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料和純銅的XRD譜圖?？梢钥闯?，兩者的衍射峰位置和強(qiáng)度基本一致，符合銅的標(biāo)準(zhǔn)衍射峰。因此，石墨烯的加入并未引起銅基復(fù)合材料晶體結(jié)構(gòu)的改變。

在摩擦學(xué)性能方面的研究表明，石墨烯的加入顯著改善了復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能。圖3顯示了石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料和純銅的摩擦系數(shù)-滑動時間曲線。與純銅相比，石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的摩擦系數(shù)顯著降低，且變化趨勢更加穩(wěn)定。這是因?yàn)槭┳鳛橐环N固體潤滑劑，在摩擦過程中起到了潤滑作用，減少了接觸表面的摩擦阻力。

此外，石墨烯的加入還減輕了復(fù)合材料的摩擦磨損。圖4顯示了石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料和純銅的摩擦磨損曲線?？梢钥闯?，石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的摩擦磨損量顯著低于純銅樣品，表明石墨烯的加入可以有效減輕摩擦磨損。

4.結(jié)論

本研究成功制備出了石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，并研究了其摩擦學(xué)行為。通過掃描電鏡和X射線衍射分析，證明了石墨烯在銅基復(fù)合材料中的均勻分散和對晶體結(jié)構(gòu)的不改變。摩擦學(xué)性能研究表明，石墨烯的加入顯著改善了復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能，包括摩擦系數(shù)的降低和摩擦磨損的減輕。這為石墨烯在摩擦學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了新的思路。未來的研究可以進(jìn)一步探究石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的力學(xué)性能和耐磨性能等方面本研究成功制備了石墨烯增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，并通過掃描電鏡和X射線衍射分析證明了石墨烯的均勻分散和對晶體結(jié)構(gòu)的不改變。摩擦學(xué)性能研究顯示，石墨烯的加入顯著改善了復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能，包括降低摩擦系數(shù)和減輕摩擦磨損。石墨烯作為一種固體潤滑劑，在摩擦過程中