Właściwości tribologiczne kompozytów Cu-C zawierających grafen, nanorurki i nanoproszek grafitu

• Autorzy: Chmielewski M. , Dutkiewicz J. , Mańkowska-Snopczyńska A. , Michalczewski R. , Pietrzak K.

Warianty tytułu

EN

Tribological properties of Cu-C composites containing graphene, nanotubes and graphite nanopowders

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Spiekane kompozyty Cu-C są materiałami stosowanymi w urządzeniach elektrycznych z uwagi na ich wysoką przewodność elektryczną, cieplną i doskonałą odporność na ścieranie. Właściwości te zależą od postaci węgla wchodzącego w skład kompozytu. W pracy zbadano wpływ różnych form węgla (nanorurki, nanoproszek grafitu, grafen) na właściwości tribologiczne spiekanych kompozytów Cu-C. Kompozyty otrzymano techniką metalurgii proszków. Proces spiekania przeprowadzono w próżni, stosując następujące parametry: temperatura spiekania 520°C, ciśnienie prasowania 600 MPa, czas prasowania 10 min. Badania tribologiczne przeprowadzono za pomocą stanowiska badawczego SRV (Schwingungs Reibung und Verschleiss) w układzie ruchu posuwisto-zwrotnego w warunkach tarcia suchego. W pracy zbadano właściwości tribologiczne (tarcie i zużycie) kompozytów miedzi i węgla o udziale 3% obj. Do analizy zużytych powierzchni zastosowano skaningowy mikroskop elektronowy (SEM) oraz omówiono mechanizm zużycia materiałów kompozytowych Cu-C. Najniższe tarcie i zużycie uzyskano dla kompozytów Cu-C z nanoproszkiem grafitu oraz grafenu.

EN

Copper-carbon composite materials are very promising functional materials used as electrical contact devices due to their high electrical conductivity, thermal conductivity, and excellent wear resistance. In present study, the influence of carbon forms (carbon nanotubes, graphite nanopowder, graphene) on the properties of copper matrix composites was examined. The composites were fabricated via power metallurgy method. The optimal parameters of the hot-pressing process in a vacuum were fixed as follows: temperature 520°C, pressing pressure 600 MPa, time 10 min. The wear tests were performed using SRV (Schwingungs Reibung und Verschleiss) friction and wear tester with a reciprocating motion in dry conditions. The friction and wear behaviour of copper with 3% by volume of carbon were investigated. Scanning electron microscopy (SEM) was used to analyse the worn surfaces and debris, and the wear mechanism was discussed. The lowest friction and wear were obtained for the composites with graphite nanopowder and graphene.

Słowa kluczowe

PL

spiekane kompozyty na bazie miedzi; grafen; zużycie; współczynnik tarcia; stanowisko badawcze SRV

EN

copper matrix composites; carbon; graphene; wear; friction coefficient; SRV tribotester

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2014
• Tom: nr 5
• Strony: 45--57
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Chmielewski M.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa, Polska

autor

Dutkiewicz J.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej, ul. Reymonta 25, 30-058 Kraków, Polska

autor

Mańkowska-Snopczyńska A.

• Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Zakład Tribologii, ul. K. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, Polska

autor

Michalczewski R.

• Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Zakład Tribologii, ul. K. Pułaskiego 6/10, 26-600 Radom, Polska

autor

Pietrzak K.

• Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, ul. Wólczyńska 133, 01-919 Warszawa, Polska

Bibliografia

• 1. Olesińska W., Kaliński D., Chmielewski M., Diduszko R., Włosiński W.: Influence of titanium on the formation of a “barrier” layer during joining an AlN ceramic with copper by the CDB technique. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2006, t. 17, nr 10, s. 781–788.
• 2. Barlak M., Piekoszewski J., Stanislawski J., Werner Z., Borkowska K., Chmielewski M., Sartowska B., Miskiewicz M., Starosta W., Walis L., Jagielski J.: The effect of intense plasma pulse pre-treatment on wettabillity in ceramic–copper system. Fusion Engineering and Design, 2007, t. 82, s. 2524–2530.
• 3. Chmielewski M., Weglewski W.: Comparison of experimental and modelling results of thermal properties in Cu-AlN composite materials. Bulletin of the Polish Academy of Sciences – Technical Sciences, 2013, nr 61(2), s. 507–514.
• 4. Hanada K., Matsuzaki K., Sano T.: Thermal properties of diamond particledispersed Cu composites. J Mater Process Technol, 2004, 153–154, s. 514–518.
• 5. Michalczewski R.: Wpływ konfiguracji materiałowej na odporność na zacieranie smarowanych skojarzeń z elementami pokrytymi powłoką niskotarciową. Tribologia. 2, 2009, s. 93–106.
• 6. Michalczewski R., Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.: Metoda doboru cienkich, twardych powłok przeciwzużyciowych dla zwiększenia trwałości wysokoobciążonych kół zębatych. Cz. I. Badania wstępne na próbkach modelowych. Tribologia, 2007, nr 5, s. 81–96.
• 7. Pawelec Z., Molenda J., Wolszczak M.: The influence of solid lubricants on mechanical and tribological properties of polymer composites. Composites, 2013, nr 4, s. 260–268.
• 8. Moustafa S.F., El-Badry S.A., Sanad A.M., Kieback B.: Friction and wear of copper–graphite composites made with Cu-coated and uncoated graphite powders. Wear, 2002, nr 253, s. 699–710.
• 9. Jincheng Xu, Hui Yu, Xiaolong Li, Hua Yang: Effects of some factors on the tribological properties of the short carbon fiber-reinforced copper composite. Materials and Design, 2004, nr 25, s. 489–493.
• 10. Kovacik J., Emmer S., Bielek J., Kelesi L.: Effect of composition on friction coefficient of Cu–graphite composites. Wear, 2008, nr 265, s. 417–421.
• 11. Korab J., Stefanik P., Kavecky S., Sebo P., Korb G.: Thermal conductivity of unidirectional copper matrix carbon fibre composites. Composites Part A, 2002, nr 33, s. 577–581.
• 12. Younghwan Jang, Sangshik Kim, Sangkwan Lee, Doohyun Kim, Moonkwang Um: Fabrication of carbon nano-sized fiber reinforced copper composite using liquid infiltration process. Composites Science and Technology, 2005, nr 65, s. 781–784.
• 13. Pauleau Y., Thiery F.: Nanostructured copper–carbon composite thin films produced by sputter deposition /microwave plasma-enhanced chemical vapor deposition dual process. Materials Letters, 2002, nr 56, s. 1053–1058.