Silver matrix composites consolidated and hot extruded from ball milled powders strengthened with different types of graphene platelets

• Autorzy: Dutkiewicz J. , Ozga P. , Pstruś J. , Maziarz W. , Grzegorek J.

Warianty tytułu

PL

Kompozyty na osnowie srebra prasowane i wyciskane na gorąco z mielonych proszków umacnianych płytkami grafenowymi o różnej wielkości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Silver matrix composites containing 1÷2% graphene platelets of various thicknesses were uniaxially hot pressed at 480°C in vacuum from powders ball milled for 5 hours. Two kinds of graphene nanoplatelets were added: (i) - nanoflakes (FLRGO) of a thickness 2÷4 nm, which led to a higher hardness (35÷49 HV) and slightly lower electrical resistivity of the composites, than that of pure hot pressed Ag and (ii) - nanographite platelets (N006) 10÷20 nm thick as confirmed by electron microscopy, which caused a similar increase in hardness up to 34÷45 HV and about a 40% higher electrical resistivity than that of pure hot pressed Ag. SEM studies showed a more homogeneous microstructure of the composites with the FLRGO graphene additions. TEM studies confirmed refinement of the thickness and lateral size of the graphene particles after milling and hot compaction down to a few nm manifested by diffused electron diffraction. The hot extrusion of hot pressed composites with FLRGO platelets caused the growth of graphene platelets and coagulation of the platelets, which contributed to a higher hardness and electrical resistivity.

PL

Kompozyty na osnowie srebra z dodatkiem płytek grafenowych o różnej grubości zostały wykonane poprzez jednoosiowe prasowanie w temperaturze 480°C z proszków mielonych 5 godzin w młynkach kulowych. Zastosowano dwa rodzaje płytek grafenowych: (i) nanopłatki FLRGO z firmy Nanomaterials o grubości 2÷4 nm, które powodowały wzrost twardości kompozytów na osnowie srebra, do wielkości 35÷49 HV i nieznaczny spadek oporności w stosunku do czystego prasowanego z proszku srebra oraz (ii) płytki nanografitu N006, których dodatek w ilości 2% wag. potwierdzono za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej i elektronowej z firmy Angstron Materials o grubości płytek 10÷20 nm, powodował wzrost twardości do 34÷45 HV i oporności elektrycznej o około 40% w stosunku do czystego prasowanego z proszku srebra. Badania mikrostruktury metodami SEM wykazały występowanie bardziej jednorodnej mikrostruktury w kompozytach zawierających płytki grafenowe FLRGO. Badania TEM wykazały rozdrobnienie płytek N006 po mieleniu i prasowaniu, co powodowało silne rozmycie refleksów 002 grafenu w związku ze zmniejszeniem wielkości cząstek w płytkach do kilku nm. Prasowanie na gorąco spowodowało z kolei wzrost wielkości cząstek w płytkach i koagulację płytek, co wpłynęło na wzrost twardości i oporności elektrycznej.

Słowa kluczowe

EN

metal matrix composites; graphene platelets; electron microscopy; ball milling; powder metallurgy

PL

kompozyty na osnowie metali; płytki grafenowe; mikroskopia elektronowa; mielenie kulowe; metalurgia proszków

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Materiałów Kompozytowych
• Czasopismo: Composites Theory and Practice
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 16, nr 4
• Strony: 207--211
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Dutkiewicz J.

• Institute of Metallurgy and Materials Science of the Polish Academy of Sciences, ul. W.S. Reymonta 25, 30-059 Krakow, Poland

autor

Ozga P.

• Institute of Metallurgy and Materials Science of the Polish Academy of Sciences, ul. W.S. Reymonta 25, 30-059 Krakow, Poland

autor

Pstruś J.

• Institute of Metallurgy and Materials Science of the Polish Academy of Sciences, ul. W.S. Reymonta 25, 30-059 Krakow, Poland

autor

Maziarz W.

• Institute of Metallurgy and Materials Science of the Polish Academy of Sciences, ul. W.S. Reymonta 25, 30-059 Krakow, Poland

autor

Grzegorek J.

• Institute of Metallurgy and Materials Science of the Polish Academy of Sciences, ul. W.S. Reymonta 25, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Balandin A.A., Ghosh S., Bao W.Z., Calizo I., Teweldebrahn D., Miao F., Superior thermal conductivity of single-layer graphene, Nano. Lett. 2008, 8, 902-907.
• [2] Lee C.G., Wei X.D., Kysar J.W., Hone J., Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene, Science 2008, 321, 385-388.
• [3] Fei Xin, Lin Li, Decoration of carbon nanotubes with silver nanoparticles for advanced CNT/polymer nanocomposites, Composites. Composites Part A 2011, 42, 961-967.
• [4] Peng Cheng Ma, Ben Zhong Tang, Jang-Kyo Kim, Effect of CNT decoration with silver nanoparticles on electrical conductivity of CNT-polymer composites, Carbon 2008, 46, 1497-1505.
• [5] Hui K.S., Hui K.N., Dinh D.A., Tsang C.H., Cho Y.R., Wei Zhou, Xiaoting Hong, Ho-Hwan Chun, Green synthesis of dimension-controlled silver nanoparticle-graphene oxide with in situ ultrasonication, Acta Materialia 2014, 64, 326-332.
• [6] Konghua Liu, Shilong Chen, Yuanfang Luo, Demin Jia, Hong Gao, Guojun Hu, Lan Liu, Noncovalently functionalized pristine graphene/metal nanoparticle hybrid for conductive composites, Composites Science and Technology 2014, 94, 1-7.
• [7] Seul-Yi Lee, Mi-Hwa Chong, Kyong Yop Rhee, Soo-Jin Park, Silver-coated graphene electrode produced by electrolytic deposition for electrochemical behaviors, Current Appl. Phys. 2014, 14, 1212-1215.
• [8] Zhang Yue Shiren, Li Wang, Zhang Kun, Qiu Jingjing, Davis M., Hope-Weeks L.J., Tuning electrical conductivity and surface area of chemically-exfoliated graphene through nanocrystal functionalization, Materials Chemistry and Physics 2012, 135, 1057-1063.
• [9] Chen Lian-Yi, Konishi H., Fehrenbacher A, Ma Chao, Xu Jia-Quan, Choi Hongseok Xu, Hui-Fang, Pfefferkorn FE and Lia Xiao-Chun, Novel nanoprocessing route for bulk graphene nanoplatelets reinforced metal matrix nanocomposites, Scripta Mater. 2012, 67, 29-32.
• [10] Dutkiewicz J., Maziarz W., Ozga P., Pstruś J., Kania B., Bobrowski P., Stolarska J., Microstructure and properties of bulk copper matrix composites strengthened with various kinds of graphene nanoplatelets, Mater. Sci. Eng. A, 2015, 628, 124-134.
• [11] Shu Jun Wang, Yan Geng, Qingbin Zheng, Jang-Kyo Kim, Fabrication of highly conducting and transparent graphene films, Carbon 2010, 48, 1815-1823.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.