碳納米管含量對MWCNTs/Ag復(fù)合材料組織和力學(xué)性能的影響

李愛坤，謝 明，王 松，劉滿門，張吉明，陳永泰

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碳納米管含量對MWCNTs/Ag復(fù)合材料組織和力學(xué)性能的影響

李愛坤，謝 明，王 松，劉滿門，張吉明，陳永泰

(昆明貴金屬研究所稀貴金屬綜合利用新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明650106)

利用化學(xué)鍍法對MWCNTs鍍銀并通過高能球磨制備MWCNTs/Ag復(fù)合粉末，然后采用粉末冶金法制備MWCNTs增強(qiáng)Ag復(fù)合材料，利用掃描電鏡對復(fù)合粉末的形貌以及復(fù)合材料中MWCNTs的分布進(jìn)行分析，研究MWCNTs含量對MWCNTs/Ag復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：球磨后Ag顆粒聚集形成二次大顆粒，隨著MWCNTs含量增加，顆粒聚集程度提高。MWCNTs體積分?jǐn)?shù)達(dá)到10%后，MWCNTs/Ag復(fù)合材料中MWCNTs團(tuán)聚嚴(yán)重；MWCNTs體積分?jǐn)?shù)增大，復(fù)合材料強(qiáng)度、硬度先增大后減小，體積分?jǐn)?shù)為8%時力學(xué)性能最佳，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別達(dá)到297MPa和245MPa，硬度HV0.1為80.1。復(fù)合材料表現(xiàn)出明顯的塑性斷裂特征，斷裂面形成了較多的韌窩，且存在明顯的MWCNTs拔出現(xiàn)象，說明MWCNTs起到載荷傳遞和增強(qiáng)作用。

碳納米管；化學(xué)鍍；力學(xué)性能；復(fù)合材料

銀?石墨材料因具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱、低而穩(wěn)定的接觸電阻以及優(yōu)異的低溫升特性和優(yōu)良的抗熔焊性，被廣泛應(yīng)用于各種保護(hù)電器上[1?3]。傳統(tǒng)的銀?石墨電接觸材料主要采用粉末冶金和燒結(jié)擠壓法制備，但是由于石墨本身強(qiáng)度低，且與Ag基體不發(fā)生冶金結(jié)合，使復(fù)合材料強(qiáng)度低且加工性能差，成品需切割，貴金屬浪費(fèi)大，成本高，導(dǎo)致銀石墨電接觸材料在實(shí)際應(yīng)用中受限。且隨著各類電機(jī)、儀表朝小型化、輕質(zhì)、高速方向發(fā)展，要求電接觸材料的強(qiáng)度高、耐磨損性能好且載流能力大，銀?石墨電接觸材料已難以滿足新的使用要求。與石墨相比，碳納米管(CNTs)具有優(yōu)異的力學(xué)性能(抗拉強(qiáng)度達(dá)到50~200 GPa，彈性模量可達(dá)1TPa，硬度與金剛石的相當(dāng))以及良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性[4?5]，且CNTs具有較高的長徑相比，以CNTs作為增強(qiáng)相[6]，可以提高Ag基體的強(qiáng)度和耐磨性。目前，已有大量關(guān)于CNTs增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的報(bào)道，其結(jié)果表明CNTs增強(qiáng)Cu[7?9]、Al[10?11]、Mg[12?13]基等復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電、耐腐蝕、耐磨、易加工等優(yōu)勢，具有很好的應(yīng)用前景。關(guān)于CNTs增強(qiáng)Ag基復(fù)合材料的已有一些報(bào)道，國內(nèi)合肥工業(yè)大學(xué)對CNTs/Ag復(fù)合材料開展了制備工藝以及相關(guān)性能測定等方面的研究[14?15]，研究的關(guān)鍵問題主要是改善CNTs在Ag基體中的分散性及其與Ag基體界面結(jié)合，但是由于獲得的復(fù)合材料致密性不足等缺點(diǎn)，針對其力學(xué)性能方面的研究還不夠完善；PAL等[16]通過分子水平層級混合制備了碳納米管增強(qiáng)銀基復(fù)合材料，研究了碳納米管加入后對材料導(dǎo)熱性的影響，結(jié)果表明碳納米管均勻地嵌在銀基體中，并討論了材料的導(dǎo)熱性與單壁和多壁納米碳管的功能化處理的關(guān)系，但是沒有分析材料的力學(xué)性能與碳納米管之間的關(guān)系。根據(jù)金屬基復(fù)合材料的特點(diǎn)，若能通過擠壓、拉拔等方法對CNTs/Ag復(fù)合材料進(jìn)行加工，一方面可減少由加工過程導(dǎo)致的材料損耗，降低貴金屬電接觸元器件的生產(chǎn)成本；另一方面，擠壓、拉拔等過程有利于提高復(fù)合材料的致密性，并進(jìn)一步提高最終CNTs/Ag電接觸材料的強(qiáng)度，以適應(yīng)新一代電接觸材料的性能要求。

本文作者采用化學(xué)鍍方法在CNTs表面鍍銀，將包覆銀的CNTs與Ag粉高能球磨后采用粉末冶金方法獲得CNTs/Ag復(fù)合材料燒結(jié)體，通過擠壓拉拔等加工手段獲得高致密度的CNTs/Ag復(fù)合材料，并研究了碳納米管含量對CNTs/Ag復(fù)合材料組織和力學(xué)性能的影響，為CNTs/Ag的進(jìn)一步研究和應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)選用的多壁碳納米管(Multi-walled carbon nanotubes，MWCNTs)，直徑30~50 nm，長度10~20 μm，純度大于98%；基體材料選用納米銀粉，粒徑約500 nm。圖1所示為實(shí)驗(yàn)所用的銀粉和原始MWCNTs的SEM像。

通過鹽酸浸泡24h除去制備MWCNTs時引入的金屬催化劑；在磁力攪拌下用混酸(濃硫酸和濃硝酸體積比為3:1)在90℃下回流6h進(jìn)行酸化處理，然后用蒸餾水清洗數(shù)次，直至pH為7。然后將MWCNTs分散到含有SnCl2的溶液中進(jìn)行敏化處理，再加入PdCl2進(jìn)行活化處理，每一步充分清洗抽濾。將活化后的MWCNTs超聲分散，加入一定量的十二烷基苯磺酸鈉作為分散劑，將一定濃度的銀氨溶液和VC還原劑溶液緩慢加入到分散的MWCNTs明膠溶液中，同時機(jī)械攪拌和超聲分散15 min完成化學(xué)鍍，最后清洗抽濾、烘干，獲得鍍銀MWCNTs。將化學(xué)鍍銀的MWCNTs與Ag粉進(jìn)行球磨混合(其中MWCNTs體積分?jǐn)?shù)分別為2%，4%，6%，8%，10%，12%)，球磨采用行星球磨機(jī)，轉(zhuǎn)速150 r/min，球料比5:1，球磨時間20 h。將球磨后的混合粉壓成直徑27 mm的圓柱體，在850 ℃下氬氣保護(hù)燒結(jié)2 h，然后在800 ℃熱擠壓，擠壓比為30:1。緊接著將體積分?jǐn)?shù)分別為2%，4%，6%，8%的MWCNTs/Ag復(fù)合材料拉拔成2 mm絲材。將絲材在600 ℃氣氛保護(hù)退火1 h。

圖1 銀粉和原始MWCNTs SEM像

采用阿基米德排水法測試MWCNTs/Ag試樣的密度。采用Instron3369 型萬能力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測試材料的拉伸強(qiáng)度，試樣尺寸為 120 mm×2 mm，標(biāo)距100 mm。對MWCNTs/Ag燒結(jié)態(tài)試樣進(jìn)行顯微硬度測試，條件為HV0.1/15s，每個樣品測試5個點(diǎn)。用 RIGAKU?3014 X 射線衍射儀分析材料的物相組成，用Nova NanoSEM 230、日立S?3400N 型掃描電鏡以及FEI Helios Nanolab 600i型電子束/離子束雙束顯微鏡分析粉末形貌、復(fù)合材料的組織以及斷口形貌。

2 結(jié)果與討論

2.1 MWCNTs含量對MWCNTs/Ag復(fù)合材料組織的影響

圖2(a)所示為鍍銀后的MWCNTs掃描電鏡形貌，從圖2(a)中可以看出，管徑在30~50 nm的MWCNTs表面獲得了連續(xù)的Ag層，圖2(b)所示為鍍銀后MWCNTs的XRD譜，結(jié)果顯示化學(xué)鍍銀后的MWCNTs粉末只有Ag和MWCNTs吸收峰，衍射峰比較平穩(wěn)，無雜質(zhì)峰出現(xiàn)，表明化學(xué)鍍銀后的MWCNTs粉末純度較好，沒有明顯的雜質(zhì)，MWCNTs吸收峰的存在表明碳管未包覆完全，有裸露現(xiàn)象。將此鍍銀的MWCNTs與Ag粉混合，可以有效解決MWCNTs與Ag的不潤濕問題，改善MWCNTs與Ag的界面結(jié)合，獲得MWCNTs較為分散的Ag-MWCNTs復(fù)合粉末。

圖3所示為添加不同體積分?jǐn)?shù)MWCNTs的鍍銀MWCNTs和Ag粉球磨后的復(fù)合粉末SEM像。從圖3中可以看到隨著MWCNTs體積分?jǐn)?shù)增加，Ag二次顆粒增多，且二次顆粒有增大趨勢，即粉末團(tuán)聚程度提高。Ag粉與MWCNTs表面的銀鍍層發(fā)生機(jī)械合金化，隨著MWCNTs含量的增加，機(jī)械合金化程度增大使得Ag二次顆粒增多且尺寸略有增大。體積分?jǐn)?shù)為4%和12%的高倍SEM像如圖3(e)、(f)所示，4%的Ag二次顆粒(見圖3(e))表面MWCNTs沒有明顯的團(tuán)聚，而體積分?jǐn)?shù)為12%的Ag二次顆粒(見圖3(f))表面能夠看到明顯的MWCNTs且團(tuán)聚明顯。

圖2 鍍銀MWCNTs SEM像和XRD譜

圖4所示為不同MWCNTs含量的MWCNTs/Ag復(fù)合材料的SEM像。從圖4可以看到，隨MWCNTs含量增加，第二相明顯增多，在MWCNTs為4%和8%時，第二相分布較均勻，沒有出現(xiàn)明顯的團(tuán)聚，當(dāng)MWCNTs含量達(dá)到10%時，出現(xiàn)了MWCNTs團(tuán)聚的區(qū)域，且隨MWCNTs含量繼續(xù)增加，MWCNTs團(tuán)聚現(xiàn)象更為嚴(yán)重，MWCNTs的團(tuán)聚直接導(dǎo)致了MWCNTs/Ag復(fù)合材料的致密性和加工性能降低，對復(fù)合材料的性能造成嚴(yán)重的影響。

圖5所示為MWCNTs 體積分?jǐn)?shù)8%的MWCNTs/Ag復(fù)合材料經(jīng)拉拔后的組織。對比圖4(b)，圖5(a)的橫截面拉拔組織中MWCNTs聚集程度較低，尺寸明顯減小，分布更加均勻。從圖5(b)縱截面的SEM像中可以看到，MWCNTs存在隨加工方向的定向分布。說明MWCNTs在加工過程中能發(fā)生變形，燒結(jié)組織中的MWCNTs團(tuán)聚體在拉拔過程中變小，更加均勻地分散在基體中。因此，復(fù)合材料的后期加工能夠?qū)WCNTs的分散起到有效的促進(jìn)作用，同時MWCNTs的定向分布能夠有效改善復(fù)合材料的力學(xué)性能。

圖4 不同MWCNTs含量的MWCNTs/Ag復(fù)合材料的SEM像

圖5 MWCNTs 體積分?jǐn)?shù)8%的MWCNTs/Ag復(fù)合材料拉拔后的SEM像

2.2 MWCNTs含量對MWCNTs/Ag復(fù)合材料的力學(xué)性能的影響

圖6所示為MWCNTs/Ag復(fù)合材料燒結(jié)態(tài)、擠壓態(tài)和拉拔后的密度隨MWCNTs含量的變化曲線。圖6中體積分?jǐn)?shù)為10%的MWCNTs/Ag復(fù)合材料由于MWCNTs含量高不能完成拉拔過程故而其加工態(tài)密度僅為擠壓后的密度，而體積分?jǐn)?shù)為12%的MWCNTs/Ag復(fù)合材料由于不能完成擠壓過程則僅存在燒結(jié)態(tài)密度。從圖6中可以看到，隨MWCNTs含量增加MWCNTs/Ag復(fù)合材料密度下降，MWCNTs/Ag復(fù)合材料擠壓態(tài)的密度明顯高于燒結(jié)態(tài)的密度，經(jīng)拉拔加工后密度又有進(jìn)一步地提升，除去體積分?jǐn)?shù)為10%的MWCNTs/Ag復(fù)合材料，經(jīng)后續(xù)拉拔加工的MWCNTs/Ag致密度比擠壓態(tài)提高近3%，拉拔后的復(fù)合材料致密度能達(dá)到99%左右，說明MWCNTs/Ag經(jīng)擠壓和拉拔加工能有效提高材料的致密度。8%MWCNTs/Ag復(fù)合材料拉拔加工后的密度為9.71 g/cm3，致密度達(dá)到99.2%。而體積分?jǐn)?shù)達(dá)到10%后由于CNTs在晶界處堆積，導(dǎo)致致密度下降，從而影響復(fù)合材料的加工性能。

圖7所示為MWCNTs/Ag復(fù)合材料燒結(jié)態(tài)顯微硬度隨MWCNTs含量變化曲線，從圖7中可以看到，隨MWCNTs體積分?jǐn)?shù)的增加，硬度先增大后減小，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)達(dá)到8%時硬度達(dá)到最大值，HV0.1為80.1，此時按純Ag的顯微硬度30[17]計(jì)算，8%MWCNTs/Ag的顯微硬度是純銀的2.67倍，說明此時的MWCNTs較均勻地分散在Ag基體中，有效地起到增強(qiáng)Ag基體的作用。當(dāng)MWCNTs體積分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加，結(jié)合圖4中10%MWCNTs/Ag和12%MWCNTs/Ag復(fù)合材料的SEM像可知，MWCNTs在晶界處團(tuán)聚，導(dǎo)致MWCNTs/Ag復(fù)合材料中缺陷增多，Ag基體不連續(xù)，致密性下降造成硬度下降。

圖6 MWCNTs/Ag復(fù)合材料的密度隨MWCNTs含量變化曲線

圖7 MWCNTs/Ag復(fù)合材料的硬度隨MWCNTs含量的變化曲線

圖8所示為不同MWCNTs含量的MWCNTs/Ag復(fù)合材料的應(yīng)力?應(yīng)變曲線。從應(yīng)力應(yīng)變曲線可以看到在體積分?jǐn)?shù)不超過8%時材料表現(xiàn)出明顯的塑性斷裂特征。表1所列為不同MWCNTs體積分?jǐn)?shù)的MWCNTs/Ag力學(xué)性能數(shù)值，其中純銀的數(shù)值參照文獻(xiàn)[12]。結(jié)合表1，從圖8中可以看出，隨著MWCNTs 體積分?jǐn)?shù)增加，抗拉強(qiáng)度增大，但是伸長率則隨之減小。MWCNTs體積分?jǐn)?shù)為8%時抗拉強(qiáng)度達(dá)到296 MPa，屈服強(qiáng)度為245 MPa，伸長率則降至4.2%，與純銀相比，抗拉強(qiáng)度提高了了近1倍，屈服強(qiáng)度提高了近10倍。

圖8 不同MWCNTs體積分?jǐn)?shù)的MWCNTs/Ag應(yīng)力–應(yīng)變曲線

表1不同MWCNTs體積分?jǐn)?shù)的MWCNTs /Ag力學(xué)性能

Table 1 Mechanical properties of MWCNTs/Ag composites at various volume fractions of MWCNTs

圖9所示為Ag/MWCNTs(8%)復(fù)合材料拉伸斷口的FESEM像。如圖9(a)所示，復(fù)合材料的斷口由大量韌窩組成，放大后的(如圖9(b)所示)斷口出現(xiàn)明顯的MWCNTs拔出現(xiàn)象，表明MWCNTs與Ag基體有較好的結(jié)合力，受到外力作用時MWCNTs起到了承載作用，由于MWCNTs具有良好的力學(xué)性能，Ag基體受力產(chǎn)生塑性變形，在與MWCNTs結(jié)合的位置產(chǎn)生空穴，隨著拉力的增加材料斷裂失效，從而產(chǎn)生MWCNTs拔出現(xiàn)象，這種斷裂方式是典型的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的韌性斷裂，說明MWCNTs增強(qiáng)Ag基復(fù)合材料為載荷傳遞增強(qiáng)機(jī)制。

圖9 MWCNTs/Ag(8%)復(fù)合材料的拉伸斷口FESEM像

根據(jù)載荷傳遞理論，不連續(xù)短纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的強(qiáng)度可應(yīng)用shear-lag模型預(yù)測[18]。因此，MWCNTs/Ag復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度可表示為式(1)[19?21]：

圖10 MWCNTs/Ag復(fù)合材料屈服強(qiáng)度理論值與實(shí)驗(yàn)值的對比

3 結(jié)論

1) 經(jīng)化學(xué)鍍銀MWCNTs和Ag粉球磨制備的MWCNTs/Ag在MWCNTs體積分?jǐn)?shù)不高于8%時，增強(qiáng)相MWCNTs分布均勻，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加，MWCNTs團(tuán)聚加劇。

2) 隨MWCNTs含量增加，復(fù)合材料密度下降；擠壓拉拔等后續(xù)加工有利于提高M(jìn)WCNTs/Ag復(fù)合材料的致密度。

3) MWCNTs/Ag復(fù)合材料的強(qiáng)度、硬度隨MWCNTs含量增加先增大后減小，當(dāng)MWCNTs體積分?jǐn)?shù)為8%時，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別達(dá)到297 MPa和245 MPa，硬度為80.1 HV0.1，此時拉伸斷口表現(xiàn)為韌性斷裂，MWCNTs有明顯的拉拔露頭，對Ag基體起到了載荷傳遞和增強(qiáng)作用。

REFERENCES：

[1] WINGERT P C. The effects of interrupting elevated currents on the erosion and structure of silver-graphite[C]// Proceedings of the 42nd IEEE Holm Conference on Electrical Contacts, Chicago, IL, 1996: 60?69.

[2] REHANI B R, JOSHI P B. Silver-graphite nanocomposite materials for electrical contact applications[J]. Trans Powder Metall Assoc India, 2005, 31: 7?10.

[3] AFONIN M P, BOIKO A V. Effect of structural anisotropy on contact properties in a silver-graphite composite[J]. Powder Metall Met Ceram, 2005, 44(1/2): 84?87.

[4] TERRONES M. Carbon nanotubes: Synthesis and properties, electronic devices and other emerging applications[J]. International Materials Reviews, 2004, 49: 325?377.

[5] POPOV V N.Carbon nanotubes: Properties and application[J]. Materials Science and Engineering R, 2004, 43: 61?102.

[6] BAKSHI S R, LAHIRI D. Carbon nanotube reinforced metal matrix composites—A review[J]. International Materials Review, 2010, 55: 41?64.

[7] 聶俊輝, 張亞豐, 史 娜. 鍍鎢碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備及性能[J]. 北京科技大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 34(7): 823?829. NIE Jun-hui, ZHANG Ya-feng, SHI Na. Fabrication and properties of Cu matrix composites reinforced by tungsten coated carbon nanotubes[J]. Journal of University of Science and Technology Beijing, 2012, 34(7): 823?829.

[8] YOO S J, HAN S H, KIM W J.A combination of ball milling and high-ratio differential speed rolling for synthesizing carbon nanotube/copper composites[J]. Carbon, 2013, 61: 487?500.

[9] EDWARD J T P, CHAN W P. Cold spray deposition characteristics of mechanically alloyed Cu-CNT composite powders[J]. Applied Surface Science, 2014, 308: 63?74.

[10] ESAWI A M K, MORSI K, SAYED A, GAWAD A A, BORAH P. Fabrication and properties of dispersed carbon nanotube-aluminum composites[J].Materials Science and Engineering A, 2009, 508: 167?173.

[11] LIN Jiang, FAN Gen-lian, LI Zhi-qiang, KAI Xi-zhou, ZHANG Di, CHEN Zhi-xin, HUMPHRIES S, HENESS G, YEUNG W Y. An approach to the uniform dispersion of a high volume fraction of carbon nanotubes in aluminum powder[J]. Carbon, 2011, 49:1965?1971.

[12] 劉奮成, 賀立華, 柯黎明, 簡曉光, 劉 強(qiáng). 熱處理對MWCNTs/AZ80鎂基復(fù)合材料組織和力學(xué)性能的影響[J]. 稀有金屬材料與工程, 2015, 44(4): 989?994. LIU Fen-cheng, HE Li-hua, KE Li-ming, JIAN Xiao-guang, LIU Qiang. Effect of heat treatment on microstructure and mechanical property of MWCNTs/AZ80 composite[J]. Rare Metal Materials and Engineering, 2015, 44(4): 989?994.

[13] 袁秋紅, 曾效舒, 劉 勇, 周國華, 羅 雷, 吳俊斌. 碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料彈性模量的研究進(jìn)展[J]. 中國有色金屬學(xué)報(bào), 2015, 15(1): 86?97. YUAN Qiu-hong, ZENG Xiao-shu, LIU Yong, ZHOU Guo-hua, LUO Lei, WU Jun-bin. Research progress of elastic modulus of magnesium matrix composite reinforced by carbon nanotubes[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2015, 15(1): 86?97.

[14] 鳳 儀, 袁海龍, 張 敏. 碳納米管?銀復(fù)合材料的制備工藝和電導(dǎo)率[J]. 中國有色金屬學(xué)報(bào), 2004, 14(9): 1451?1455. FENG Yi, YUAN Hai-long, ZHANG Min. Processing and electrical conductivity of carbon nanotubes-silver composites[J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2004, 14(9): 1451?1455.

[15] 鳳 儀, 袁海龍, 張 敏, 馮建平. 碳納米管表面鍍覆對碳納米管?銀復(fù)合材料性能的影響[J]. 中國機(jī)械工程, 2005, 16(10): 924?927. FENG Yi, YUAN Hai-long, ZHANG Min, FENG Jian-ping. Influence of electroless plating of CNTs with silver on the properties of CNTs-Ag composites[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2005, 16(10): 924?927.

[16] PAL H, SHARMA V.Thermal conductivity of carbon nanotube- silver composite[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2015, 25(1):154?161.

[17] 寧遠(yuǎn)濤, 趙懷志. 銀[M]. 長沙: 中南大學(xué)出版社, 2005: 67. NING Yuan-tao, ZHAO Huai-zhi. Silver[M]. Changsha: Central South University Press, 2005: 67.

[18] RYU H J, CHA S I, HONG S H. Generalized shear-lag model for load transfer in SiC/Al metal-matrix composites[J]. Journal of Materials Research, 2003, 18(12): 2851?2858.

[19] MA P C, ZHENG Q B, EDITH M, KIM J K. Behavior of load transfer in functionalized carbon nanotube/epoxy nano- composites[J].Polymer, 2012, 53: 6081?6088.

[20] Cha S I, KIM K T, ARSHAD S N, MO C B, HONG S H. Extraordinary strengthening effect of carbon nanotubes in metal-matrix nanocomposites processed by molecular-level mixing[J]. Advanced Materials, 2005, 17: 1377?1381.

[21] TANG Yan-xia, YANG Xiao-min, WANG Rong-rong, LI Mao-xin.Enhancement of the mechanical properties of graphene-copper composites with graphene-nickel hybrids[J]. Materials Science and Engineering A, 2014, 599: 247?254.

(編輯 王 超)

Effect of MWCNTs content on microstructure and mechanical properties of MWCNTs/Ag composites

LI Ai-kun, XIE Ming, WANG Song, LIU Man-men, ZHANG Ji-ming, CHEN Yong-tai

(State Key Laboratory of Advanced Technologies for Comprehensive Utilization of Platinum Metals, Kunming Institute of Precious Metals, Kunming 650106, China)

Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) were coated by silver using chemical plating, MWCNTs/Ag composite powders were fabricated by high energy ball milling, and MWCNTs reinforced silver composites were obtained with powder metallurgy method. Morphologies of the composite powder and distribution of MWCNTs in the composite were analyzed by scanning electron microscopy. The effect of the MWCNTs content on the mechanical properties of the composites was studied. The results show that Ag particles gather to larger secondary particles after ball milling and the degree of aggregation increases with the increase of MWCNTs content. The MWCNTs present severe aggregation in the composites when the volume fraction of MWCNTs exceeds 10% (volume fraction). With the increase of the volume fraction of MWCNTs, strength and hardness of the composite first increase and then decrease. The composite containing 8% MWCNTs exhibits optimal mechanical properties with tensile strength of 297 MPa, yield strength of 245 MPa, and hardness of 80.1 HV0.1. The MWCNTs/Ag composite shows obvious plastic fracture with many dimples on the fracture surface. Pull-out of the MWCNTs illustrates the load transferring and strengthening effect of MWCNTs.

carbon nanotube; chemical plating;mechanical property; composite

Project(u1302272) supported by the National Natural Science Foundation of China-Yunnan Joint Fund; Project(KKSB201451004) supported by Major Program of Science and Technology Department of Yunnan Province, China; Project(SKL-SPM-201522) supported by the fund of the State Key Laboratory of Advanced Technologies for Comprehensive Utilization of Platinum Metals, China

2015-10-23; Accepted date:2016-04-10

XIE Ming; Tel: +86-871-68328841; E-mail: powder@ipm.com.cn

1004-0609(2016)-10-2102-08

TB333

A

NSFC-云南聯(lián)合基金項(xiàng)目(u1302272)；云南省科技廳重大項(xiàng)目(KKSB201451004)；稀貴金屬綜合利用新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(SKL-SPM-201522)

2015-10-23；

2016-04-10

謝 明，教授，博士；電話：0871-68328841；E-mail: powder@ipm.com.cn