基于超声雾化化学镀与SPS快速烧结制备碳纳米管强化银基电触头材料的组织及性能研究

Due to the potential of achieving excellent performance and bright application prospects, carbon nanotubes (CNTs) reinforced silver matrix composites have drawn great attention and become a hot research topic. However, the fabrication techniques and some key fundamental theories still need to be further developed. In this project, a novel technique-chemical plating through ultrasonic spray, will be used to prepare coated CNTs with metal layer(s), and the powder metallurgy method will be adopted as the main technical route to fabricate CNTs/Ag composites. The composites structure such as surface properties of coated CNTs, dispersion status, interface structure, etc. will be studied, and the influence on the performance of mechanics, conduction and thermal conductivity will also be systematically investigated. This research not only provides experimental basis and technical solutions for developing new composite materials, but also enriches the theoretical system of CNTs reinforced metal matrix composites.

碳纳米管（CNTs）增强银基复合材料具有低接触电阻、高抗熔焊、耐电磨损、高导热和优异的力学性能，是一种极具应用潜力的新型电触头材料，但在复合材料组织均匀性及界面结合性等方面亟待改善。本项目组前期开发出超声雾化化学镀技术，可兼顾CNTs的分散性、镀层均匀性及界面的可设计性，将包覆型CNTs作为粉末冶金工艺的前驱粉体进行复合材料制备，有望实现材料组织及性能的进一步改善。本项目拟基于超声雾化化学镀技术对CNTs进行表面金属包覆，对包覆体系和形态特征进行设计和调控以优化界面结合；以粉末冶金技术路线制备CNTs/Ag复合材料，采用放电等离子体快速烧结技术（SPS）实现对增强体和金属基体的纳米形态及结构的保留；并展开电触头的组织结构及物理、力学、电接触性能的研究。本项目不仅对CNTs/Ag复合材料的组织改善及性能提升具有重要的意义，并且可为新型高性能电触头材料的开发及应用提供研究基础。

本项目针对碳纳米管增强银基复合材料在增强体分散均匀性和界面结合等方面存在的问题，基于超声喷雾化学镀技术和放电等离子体快速烧结技术进行了复合材料制备并展开了相关研究。进行了CNTs表面金属包覆层设计及高均匀性复合粉末制备，基于粉末冶金技术进行了复合材料的制备及微观组织演化研究，在此基础上，进行了CNTs/Ag复合材料的性能规律及其机制研究，结果表明，超声喷雾化学镀可以有效地改善CNTs的分散性并在其表面获得均匀的银镀层；采用SPS烧结工艺可保留CNTs的分散均匀性和表面镀层的纳米结构特征，同时基体的平均晶粒更加细小；复合材料具有显著提升的力学性能。理论分析揭示，晶粒细化强化和载荷传递强化是主要的强化机制，而CNTs结构完整和导电性的提高以及复合界面结合的改善是提升复合材料导电率的重要途径。本项目不仅对CNTs/Ag复合材料的组织改善及性能提升具有重要的意义，并且可为新型高性能电触头材料的开发及应用提供研究基础。