分类号：
作者单位化学化工学院
指导教师（职称）杨祖培（教授）
作者姓名李吉文
专业、班级化学2009级2 班
提交时间二〇一三年六月
I
李吉文
（陕西师范大学化学化工学院，西安，710062）
摘要：本论文采用原位聚合法制备了钛酸铜钙/聚苯乙烯复合材料。运用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、阻抗分析仪、红外光谱等对复合材料进行了相应的表征，研究了陶瓷填料钛酸铜钙的加入对复合材料性能的影响。结果表明：在复合材料之中，CCTO能够较为均匀的分散在苯乙烯基体之中，随着陶瓷填料的增加，介电常数增大，当填料含量达到50%时，复合材料的介电常数在1kHz 下达到15，是基体的5倍，复合材料的介电常数比基体的得到了进一步的提高。关键字钛酸铜钙苯乙烯相结构复合材料介电性能
Abstract：This paper was prepared by in-situ polymerization method copper calcium titanate/polystyrene composite materials. Using X-ray diffractometer, scanning electron microscope, the impedance analyzer and infrared spectrum to corresponding characterization of composite materials such as copper titanate ceramic filler is studied the effect of calcium on the properties of composite materials. Results show that the composite material, CCTO can be spread more evenly in the styrene substrate. With the increase of ceramic packing, the dielectric constant increases. The maximum dielectric constant (15) of composite materials at 1 kHz obtained when the filler content reached 50%, which is 5 times of matrix. Dielectric constant of the composite material is larger than that of matrix has been further improved.
Keywords:Copper Calcium Titanate，styrene，phase structure，composite material，dielectric properties
目录
摘要 (Ⅰ)
ABSTRACT (Ⅰ)
1 前言 (3)
2 实验内容 (4)
2.1 CCTO陶瓷粉体的制备 (4)
2.1.1 实验原料及仪器 (4)
2.1.2 具体制备过程 (5)
2.2 PS/CCTO复合材料的制备及其性能研究 (5)
2.2.1 主要实验原料 (5)
2.2.2 主要实验仪器 (6)
2.2.3 主要分析测试方法与测试仪器 (6)
2.2.4 实验步骤 (6)
3 实验结果与讨论 (6)
3.1复合材料红外光谱分析 (6)
3.2复合材料的相结构分析 (7)
3.3复合材料的微观形貌分析 (8)
3.4复合材料的介电性能测试 (9)
4 结束语 (12)
【参考文献】 (13)
致谢 (14)
1前言
近年来，随着电子工业快速发展，越来越多的电子装置更加趋于小型化、轻量化、高性能化、多功能化、低功耗化以及低成本化，例如集成电路上可容纳的晶体管数目，约18个月便会增加一倍，性能也将提高一倍。目前很多无源元器件是直接焊接在印刷电路板的表面上，占据了大量的空间。如何将这些数量众多的无源元器件进行高密度集成，已成为现代电子装置进一步发展的关键，如图1-1所示，大量的元器件被埋入在电路板中，这便可以减小板面的占用空间。对于埋入式电容器件,要求器件至少在一个维度上具有较小的尺寸，使其在相应的维度上小于印刷电路板的厚度，根据这样的标准，现行的大多数电容器难以满足实际要求，因此高介电材料的研发工作成为几年了研究领域的一个热点。
图1-1
现如今高介电常数的电介质材料以无机陶瓷材料为主，如钛酸钡(BaTiO3)、钛酸锶(SrTiO3)、钛酸锶钡(Ba0.65Sr0.35TiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、铌镁酸铅-钛酸铅(Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3)等这一类陶瓷材料，介电常数一般都能达到2000以上。虽然这些无机材料的介电性能非常突出，但由于陶瓷材料固有的弱点，如柔韧性差、耗能大、制造工艺复杂等，较大程度的限制了无机陶瓷介质材料的应用，使得此类材料所制备的电容器无法满足电子器件小型化、轻型化的要求。为了克服上述缺点，很多研究人员选择了第二种方法：利用渗流理论,通过向聚合物基体中导电填料的方法获得高介电常数的聚合物材料；但是陶瓷填料的介电常数对复合材料的介电常数所作出的贡献不是与其自身的值成正比的，而是经过对数计算后，再根据其在复合材料中体积分数的权重综合计算而得，特别是填料的体积分数较低时难以体现出来，因此，通常用不导电的高介电陶瓷填料填充制备复合材料的时候，需要使陶瓷填料的含量较高。然而，陶瓷的填充量较高时，会显著的破坏聚合物材料的机械性能，另外众多高介电常数的陶瓷中含有铅元素,不利于
环保。基于前面的介绍，制备高介电常数的聚合物基复合材料是目前较为瞩目的一个研究方向。
同时，常用的高聚物电介质材料，如常规聚酯(PET)，聚苯硫醚(PPS)，丙烯酸酯树脂、聚丙烯(PP)等有机薄膜电容器，具有自愈性、阻燃性强、寿命长、寄生电容、电感小等特点，可改善电路的高频特性，特别在自藕合电路中，且本身应该与有机基板之间有很好的嵌入性和粘结性。因此，对有机薄膜电容器需求日益增长。尽管此种聚合物可以应用在电容器件上，但是由于它们的介电常数低（＜10）等特点，无法在电容量较大的薄膜电容器。陶瓷-聚合物高介电复合材料是以柔性的聚合作为基体，通过填充陶瓷粉体对聚合物进行改性，可制备出具有高介电常数的聚合物基柔性功能复合材料。
研究者们选用不同的陶瓷和聚合物进行复合，采用多种复合型优化最佳配合比例、改进加工制作过程等方面进行研究，以期提高其介电性能。王迁等研究了不同体积分数的BaTiO3粉末填充制备BaTi-PI复合材料，随着BaTiO3含量增大，复合材料的介电常数明显增加，介质损耗角也趋向增加。Kuo等将BaTiO3加入到环氧树脂中，复合材料的介电常数最高达到50左右。党智敏等将一种新型CaCu3Ti4O12 (CCTO)填入PI中，制成的CCTO/PI复合材料的介电常数达到60以上，并具有优秀的热稳定性。本实验室几年之前已经关注此问题并开展了相应的基础研究，初步研究了CCTO巨介电陶瓷与聚偏氟乙烯（PVDF）的复合材料，取得了一定的进展。
依据分析以及在前期研究的基础上，本实验的研究工作将以CaCu3Ti4O12（CCTO）巨介电陶瓷粉末为填料，具有优良的耐热性能和绝缘性能的聚苯乙烯(PS)材料作为基体，通过原位聚合的方法，制备CCTO-PS复合材料。并对其微观形貌、电学性能、介电性能进行相应的表征。以期获得较优性能的聚合物基复合材料，为开发新型复合材料提供实验指导和新思路。
2 实验内容
2.1 CCTO陶瓷粉体的制备
2.1.1 试验原料及实验仪器：
原料：Ca(NO3)24H2O：天津市津科精细化工研究所
Cu(NO3)23H2O：天津市福晨化学试剂厂
C16H36O4Ti：天津市津科精细化工研究所
稀氨水：自配
冰醋酸：化学纯
无水乙醇：化学纯，北京益利精细化学品有限公司。
仪器：电子天平：BSA224S-CW，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司。
电热鼓风干燥箱：101A-E1，上海实验仪器厂有限公司。
定时恒温磁力搅拌器：JB-3，上海雷磁新泾仪器有限公司。
集热式恒温加热磁力搅拌器：DF-101S，郑州杜甫仪器厂。
量筒、烧杯、胶头滴管、容量瓶、移液管。
2.1.2 CCTO陶瓷制备过程
本实验采用溶胶-凝胶法合成CaCu3Ti4O12粉末，所用原料为Ca(NO3)2 ·4H2O，Cu(NO3)2 ·3H2O，钛酸丁酯，冰醋酸，无水乙醇，稀氨水。称取7.3215g Ca(NO3)2·4H2O、2.3807 g Ca(NO3)2·3H2O，加入10ml无水乙醇充分搅拌均匀，形成A溶液；再用移液管取13.9ml钛酸丁酯融入27.8ml乙醇，加入4.2ml冰醋酸，搅拌均匀，形成B溶液；将溶液A与溶液B混合，加入6ml 稀氨水，将混合溶液充分搅拌1h，得到溶胶先驱体，溶胶先驱体置于70 o C烘箱中处理后得到凝胶，将凝胶置于120o C烘箱烘干，研细得到干凝胶，备用。将研细的干凝胶放入瓷坩埚，预烧温度800o C，保温10h，得到CCTO粉体。反应流程图如下：
2.2 PS/CCTO复合材料的制备及性能研究
2.2.1 主要实验原料
苯乙烯：成都市科龙化工试剂厂
偶氮二异丁腈：化学纯，上海山浦化工有限公司
四氢呋喃：分析纯
CCTO：上述所制
苯乙烯在室温下就能缓慢自聚，所以在储存时要加入对苯二酚或叔丁基邻苯二酚等阻聚剂，使用时先要除去阻聚剂：先对含有阻聚剂的苯乙烯进行减压蒸馏，然后用5%的NaOH容易洗涤数次直到无色。
2.2.2 主要实验仪器：
电子天平：BSA224S-CW，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司。
数控超声波清洗器：KQ-500D，昆山市超声仪器有限公司。
集热式恒温加热磁力搅拌器：DF-101S，郑州杜甫仪器厂。
电热鼓风干燥箱：101A-E1，上海实验仪器厂有限公司。
电热鼓风干燥箱：101-2A，天津市泰斯特仪器有限公司。
三口烧瓶：250ml
蛇形冷凝管：
减压抽滤装置：
2.2.3 主要分析测试方法与测试仪器：
扫描电子显微镜：将制备得到的CCTO/PS复合材料粉末压片之后，喷金测试。X-射线衍射(XRD)：对复合材料进行相结构研究。
傅立叶变化红外光谱仪(FT-IR)：将CCTO粉末干燥后,与苯乙烯复合，将复合材料压片后进行测试。
2.2.4 实验步骤
先称取一定量（4g，2g，1g，0.5g）的CCTO粉体于大烧杯中，其中加入适量的无水乙醇，在超声仪中超声分散，直到CCTO在无水乙醇中溶解均匀，从大烧杯导入250ml的三口烧瓶中，称取做过预处理的苯乙烯10g加入三口烧瓶，在烧瓶里面放入磁子，在水浴锅上加热搅拌，65o C条件下反应1h，然后在小烧杯中称取1g偶氮二异丁腈，量取20ml四氢呋喃溶解，以2s/滴的速度加入三口烧瓶，加完之后温度调至70o C,在此温度下反应12h,再把温度调至80 o C，反应12h左右，然后停止反应，等冷却至室温，倒去上层液体，对沉淀物进行减压抽滤，用甲醇洗涤数次，然后把抽滤后的复合物放进60o C的烘箱中干燥，烘干之后用玛瑙研钵研细，再进行热压成型、喷金、测性能。
3 实验结果与讨论
3.1 复合材料红外图谱分析
图3-1给出了PS和PS/CCTO复合材料红外光谱图
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
1.001.051.10
1.15
1.20
Y A x i s T i t l e X Axis Title
图 3-1 PS 和PS/CCTO 复合材料红外光谱图
由图3-1看出，在PS 红外光谱图中，3125㎝-1、3138㎝-1和3280㎝-1处是苯环C-H 的伸缩振动，2922 ㎝-1和2850㎝-1处是亚甲基-C-H 伸缩振动，1548㎝-1是苯环的骨架结构，是苯环的骨架振动,749㎝-1和687㎝-1处是苯环的面外弯曲振动,比较复合材料的红外光谱图,基本上与PS 的红外光谱图相同,几个特征峰没有明显的移动和变化,这主要是由于复合材料中CCTO 的含量太少,难以反映出相关的官能团信息。
3.2 复合材料的相结构分析
为了研究PS 与陶瓷填料CCTO 在复合后的晶体形态变化，本实验对纯PS 和不同CCTO 含量下复合材料进行了XRD 表征。如图3-2所示：
I n t e n s i t y (c p s .)2Theta (deg.)
图3-2 纯PS 和不同CCTO 含量下复合材料XRD 表征图
如图
3-2所示：纯的PS 出现了一个宽的衍射峰,无结晶出现,说明纯聚苯乙烯为无定形结构。当加入陶瓷填料CCTO 后，复合材料的XRD 图中出现了若干衍射峰，与CCTO 陶瓷粉体的特征峰相一致。随着CCTO 陶瓷粉体加入量的增大，显示聚合物的较宽的衍射峰逐渐变小，这是由于CCTO 加入量的变大，聚合物基体PS 的量相对减少，聚苯乙烯包围CCTO 颗粒的程度越小，对CCTO 衍射信号的影响也越小。
3.3 复合材料的微观形貌分析
(a) (b) (c)
图3-3 纯的PS 和不同CCTO 含量下PS/CCTO 复合材料放大2500倍的SEM 图
为了研究PS/CCTO 复合材料的表面形貌，将复合材料的横断面进行喷金后用扫描电子显微镜进行观察。图3.3给出了纯的PS 和不同CCTO 含量下PS/CCTO
复合材料放大2500倍的SEM 图。
图3-3(a)为纯PS 横断面扫描照片，照片显示：聚合物表面形貌比较平整，但是零星分布着一些白色的小点，可能是晶区分散在连续的黑区中造成的。另外，复合材料的性能很大程度上取决于无机填料在聚合物基体中的分散程度。由于CCTO 粒子的粒径小、比表面积大，所以极易团聚成聚集体颗粒。当其作为填料添加到聚苯乙烯基体中时，由于无机刚性粒子与有机相结构差别较大，导致相容性很差,进一步导致CCTO 粒子均匀分散在聚苯乙烯基体中，以团聚体形式存在。因此，从图3-3（a ）（b ）（c ）可以看出，不同含量CCTO 的复合材料中都存在着不同程度的CCTO 粒子团聚现象。图(b)中CCTO 粒子在聚苯乙烯基体中局部区域形成轻微的团聚，分散总体上是比较均匀的。而图(a) (b) (c)中随着CCTO 含量的增加，CCTO 粒子团聚现象也逐渐增强。这说明只通过超声分散及原位聚合方法,CCTO 粒子在聚苯乙烯基体中难以有效的分散,相分离现象比较严重。
3.4 复合材料的介电性能测试.
(1) 相对介电常数εr
在电场作用下能建立极化的物质称为电介质，电介质的一个重要性能指标是介电常数ε。介电常数是综合反映介质内部电极化行为的一个主要宏观物理量，两极板间为真空时的电容C 0与充满均匀介质时的电容C 的比值为相对介电常数εr 。根据下式求得复合材料的相对介电常数εr ：
(2-2) 式中：C 为电容值，εr 为复合材料的相对介电常数，t 为复合材料片的厚度，A 为复合材料面积，ε0为真空中介电常数(8.85×10-12 F/m)。
电介质在电场作用下的极化能力越强，其介电常数就越大，若做成相同电容量的电容器，则用较大的电介质做成的电容器的体积就较小。这对于实现电子器件的微型化有重要意义。
(2) 介电损耗tan δ
电介质在交变电场作用下，由于发热而消耗的能量称为介电损耗。产生介电损耗的原因有两个，一是电介质中微量杂质而引起的漏导电流，另一个原因是电介质在电场中发生极化取向时，由于极化取向与外加电场有相位差而产生的极化电流损耗，这是主要原因。介电损耗的物理意义是交变电场下电介质的电位移D 与电场强度E 的相位差。
为了对纯的PS 和不同CCTO 含量下PS/CCTO 复合材料的介电性能进行对A
Ct o r εε=
比分析，图3.4、3.5给出了不同频率下，纯的PS 和不同CCTO 含量下PS/CCTO 复合材料的介电常数与介电损耗
10
101010101010
D i e l e c t r i c c o n s t a n t Frequency(Hz)
图3-4 纯PS 和不同含量CCTO 的PS/CCTO 复合材料介电常数与频率关系图
图3-3为纯的PS 和不同CCTO 含量下PS/CCTO 复合材料在室温下介电常数与频率的关系谱图。由图可见，无论是纯的PS 还是PS/CCTO 纳米复合材料的相对介电常数都随着频率的增加而下降，其中复合材料的下降程度更为明显。这是由于低频下，复合材料的界面极化对介电常数贡献较大，而在高频下，界面极化已跟不上频率的变化，只有电子极化、离子极化等位移极化起作用，因而，在高频下介电常数会相应地减小。另外，复合材料的介电常数随着CCTO 含量的增大而增大，其中陶瓷含量为0时，复合材料的介电常数最低，CCTO 含量为50%时，复合材料的介电常数最高。
10
101010101010Frequency(Hz)L o s s
图3-5 纯PS 和不同含量CCTO 的PS/CCTO 复合材料介电损耗与频率关系图
图3-5给出了纯的PS 和不同CCTO 含量的PS/CCTO 复合材料介电损耗与频率的关系图。由图可见， PS/CCTO 复合材料的介电损耗随着陶瓷含量的增加而增大，这可能是由于CCTO 含量增加导致其颗粒间距缩短，从而引起电子导电电流升高造成介电损耗的加大。另外，CCTO 含量的升高造成的材料内部孔洞和缺陷的增多也是重要原因。从图中还可以看出，在高频下，无论是纯的PS 还是PS/CCTO 复合材料的介电损耗受频率的影响都升高了，即介电损耗的下降趋于上升。这主要是因为高频下复合材料的介电损耗主要由电子电导和离子电导所引起。
结束语
本论文采用原位聚合法制备了钛酸铜钙/苯乙烯复合材料。运用X 射线衍射仪、扫描电子显微镜、阻抗分析仪、红外光谱等对复合材料进行相应的表征研究了陶瓷填料钛酸铜钙的加入对复合材料性能的影响。由复合材料红外光谱图可知，复合材料的红外光谱图,基本上与PS 的红外光谱图相同,几个特征峰没有明显的移动和变化,这主要是由于复合材料中CCTO 的含量太少,难以反映出相关的官能团信息。通过阻抗分析仪对纯PS 和复合材料的测试可得，复合材料的介电常数随着CCTO 含量的增大而增大，其中陶瓷含量为0时，复合材料的介电常数最低，CCTO 含量为50%时，复合材料的介电常数最高。通过扫描电镜对纯
PS和复合材料进行微观形貌的分析可知，随着CCTO含量的增加，CCTO粒子团聚现象也逐渐增强。这说明只通过超声分散及原位聚合方法,CCTO粒子在聚苯乙烯基体中难以有效的分散,相分离现象比较严重。运用X射线衍射仪对纯PS和复合材料相结构进行分析发现，CCTO陶瓷粉体加入量的增大，显示聚合物的较宽的衍射峰逐渐变小，这是由于CCTO加入量的变大，聚合物基体PS的量相对减少，聚苯乙烯包围CCTO颗粒的程度越小，对CCTO衍射信号的影响也越小。由此表明：陶瓷-聚合物高介电复合材料是以柔性的聚合作为基体，通过填充陶瓷粉体对聚合物进行改性，可制备出具有高介电常数的聚合物基柔性功能复合材料。
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致谢
很高兴能在杨祖培老师的实验室完成我的本科毕业设计。在短短的三个月里，我不仅学会了基本的专业知识，掌握了具体的实验操作，而且深深的体会到实验室和谐、融洽的氛围和杨老师严谨的治学态度、精益求精的工作作风。这给我即将结束的大学生活留下了一段十分珍贵的记忆。借此机会，我向所有关心、帮助我的老师、同学和朋友表示最诚挚的谢意！
首先，我要感谢我的导师杨祖培教授。在我整个毕业设计过程中，杨老师都给予了我细心的指导和帮助。她所具有的坚实的理论基础与丰富的实践经验，总能启迪我、指引我前进；她一丝不苟的工作作风、诚实严谨的治学态度以及实事求是的科研精神，使我受益终身。同时，杨老师对学生那份真挚的情感、无私的关怀感染着实验室的每一个人，在此，谨向我尊敬的导师杨祖培教授致以最真挚的感谢！感谢您对我的栽培，学生将牢记您的教诲！
其次，我要感谢赵阳师兄对我的大力支持和帮助。从我进入实验室做毕业设计开始，赵师兄手把手指导我实验的每个基本步骤，他的详细讲解、耐心教导使我在短时间掌握了基本的实验操作。赵师兄对科研认真踏实的态度、对工作尽心尽力的负责以及对实验室成员的关心和帮助，都给我留下了深刻的印象。
另外，我还要感谢实验室的其他师兄、师姐。在我做毕业设计期间，无论在学习还是生活上，他们都给了我悉心指导和鼎力帮助，从他们身上，我不仅仅学到了专业知识和他们积累的实验经验，更重要的是为人处事的道理。同时还要感谢和我一起做毕业设计的同学，谢谢你们和我一起探讨问题，并指出我实验中的误区，使我能顺利完成毕业设计。
感谢我的家人和朋友对我默默的支持和帮助，你们是我的精神支柱，是你们让我在前进的道路上更加勇敢。
最后，四年大学生活即将结束，在这里我要感谢所有任课老师和所有同学。
是他们教我知识，教我如何做人处事。正是由于老师的悉心指导和同学的互帮互助，我才能在大学校园里健康成长，在各方面取得进步。在此，我谨向尊敬的老师和我的母校表示由衷的感谢！
2013年6月
李吉文
第15卷 1998年 第3期 8月 复 合 材 料 学 报 A CTA M A T ER I A E COM PO S ITA E S I N I CA V o l .15 N o.3A ugust 1998 收修改稿、初稿日期:1997204225,1997202205 本课题为机械工业部教育司基金和陕西省自然科学基金资助项目 超细A l 2O 3颗粒增强铜基复合材料的研究 梁淑华 范志康 时惠英 魏 兵 (西安理工大学材料科学与工程学院,西安710048) 摘 要 采用热压烧结法制备了超细A l 2O 3P Cu 复合材料,并进行了轧制,对其组织与性能进行观察与分析。结果表明,超细A l 2O 3P 在基体中分布均匀,细化了晶粒,具有优于铜及铜合金的抗软化性能和耐磨性能。随着超细A l 2O 3P 含量的提高,密度、电导率降低,硬度、强度升高,轧制后的电导率与美国SC M 制品接近。 关键词 热压烧结,复合材料,组织和性能中图分类号 TB 331 A l 2O 3颗粒增强铜基复合材料是一种新型的优秀材料,它可以同时具有高强度、高导热性,以及优于其他任何一种铜合金的耐磨性,是I C 引线框架、电阻焊电极、连铸钢坯结晶器、氧枪喷头等要求高温下高强度、高导电及良好耐磨性的材质最佳选择[1]。国内在这方面的研究报导较少,国外的材料主要采用内氧化法制取,这种方法周期长,一般需要10～20小时,工艺复杂, 要经过制取合金粉(雾化),内氧化处理,热等静压等工序,生产成本高。正是由于生产方法、成本的限制,这种优秀的复合材料至今没有得到良好的应用[2]。 本研究旨在开发一种简单易行,生产成本低廉的生产方法,试图通过研究使这种复合材料得到更广泛的应用,并为此提供依据。 1 材料及实验方法 试验所用A l 2O 3为Α结构,粒度为0.1Λm 和55Λm (对比),经过化学和热处理后使用,铜粉为270目电解铜粉,将两种原料按比例配制后,再加入适量的分散剂,放入QM 24H 型超级球磨机中进行球磨5～6h (A r 保护),然后将原料装入石墨模具中在自制的热压烧结炉中进行烧结,采用N 2保护,烧结温度为850～1000℃,压力40～50M Pa 。显微组织在普通金相显微镜及SE M 下观察,密度用0.1m g 光电天平排水法测量,硬度测试在HB 23000型布氏硬度计上进行测试,在7501型涡流电导仪中测量电导率(%I A CS ),磨损试验在MM 2200型往复磨损试验机上进行,在25吨万能拉伸试验机上测试抗压强度Ρbc 。 除抗压和磨损试验外,其他试样经过热轧,轧制温度500～600℃,相对变形量65%。
实验名称苯乙烯的悬浮聚合2013级高分子2班 覃秋桦 1314171027 林夏洁 1314171014
一、实验目的 1. 了解悬浮聚合的反应原理及配方中各组分的作用。 2. 了解珠状聚合实验操作及聚合工艺的特点。 3. 通过实验，了解苯乙烯单体在聚合反应上的特性。 二、实验原理 悬浮聚合是指在较强的机械搅拌下，借悬浮剂的作用，将溶有引 发剂的单体分散在另一与单体不溶的介质中(一般为水)所进行的聚合。根据聚合物在单体中溶解与否，可得透明状聚合物或不透明不 规整的颗粒状聚合物。像苯乙烯、甲基丙烯酸酯，其悬浮聚合物多 是透明珠状物，故又称珠状聚合；而聚氯乙烯因不溶于其单体中， 故为不透明、不规整的乳白色小颗粒(称为颗粒状聚合)。 悬浮聚合实质上是单体小液滴内的本体聚合，在每一个单体小液 滴内单体的聚合过程与本体聚合是相类似的，但由于单体在体系中 被分散成细小的液滴，因此，悬浮聚合又具有它自己的特点。由于 单体以小液滴形式分散在水中，散热表面积大，水的比热大，因而 解决了散热问题，保证了反应温度的均一性，有利于反应的控制。 悬浮聚合的另一优点是由于采用悬浮稳定剂，所以最后得到易分离、易清洗、纯度高的颗粒状聚合产物，便于直接成型加工。 可作为悬浮剂的有两类物质:一类是可以溶于水的高分子化合物， 如聚乙烯醇、明胶、聚甲基丙烯酸钠等。另一类是不溶于水的无机 盐粉末，如硅藻土、钙镁的碳酸盐、硫酸盐和磷酸盐等。悬浮剂的 性能和用量对聚合物颗粒大小和分布有很大影响。一般来讲，悬浮 剂用量越大，所得聚合物颗粒越细，如果悬浮剂为水溶性高分子化 合物，悬浮剂相对分子质量越小，所得的树脂颗粒就越大，因此悬 浮剂相对分子质量的不均一会造成树脂颗粒分布变宽。如果是固体 悬浮剂，用量一定时，悬浮剂粒度越细，所得树脂的粒度也越小， 因此，悬浮剂粒度的不均匀也会导致树脂颗粒大小的不均匀。 为了得到颗粒度合格的珠状聚合物，除加入悬浮剂外，严格控制 搅拌速度是一个相当关键的问题。随着聚合转化率的增加，小液滴 变得很粘，如果搅拌速度太慢，则珠状不规则，且颗粒易发生粘结 现象。但搅拌太快时，又易使颗粒太细，因此，悬浮聚合产品的粒 度分布的控制是悬浮聚合中的一个很重要的问题。掌握悬浮聚合的
高强高导铜合金研究进展 摘要：介绍了高强高导铜合金的常见应用、及基本性能、强化方式与制备方法，同时对高强高导铜合金的发展趋势进行了展望。 关键词：高强高导铜合金；强化；制备 1 引言 作为最早应用在人类历史上的金属材料之一，也是至今应用最为广泛的金属材料之一，铜及铜合金由于具有较高的强度、优良的导电性能、导热性能以及良好的耐蚀性能，被广泛的应用于电工、电力、机械制造等重要工业部门[1]。但随着科学技术以及现代工业的发展，对铜及铜合金的综合性能提出了更高的要求。大规模集成电路的引线框架、大型高速涡轮发电机的转子导线、触头材料、各种点焊、滚焊机的电极、大型电动机车的架空导线、电动工具的换向器、高压开关簧片、微波管以及宇航飞行器元器件等都要求材料在保持本身优良导电性能的同时，更具有较高的强度和硬度。热交换环境中的零器件，比如电厂锅炉内喷射式点火喷孔、气割枪喷嘴、连铸机结晶器内衬以及大推力火箭发动机燃烧室内衬等，不仅要求材料具有十分良好的电导率和热导率，而且还要求材料具有足够高的热强度。因此，人们在不断探索具有优良的综合物理性能和力学性能的功能材料——高强高导铜合金。 国外发达国家自上世纪70年代开始，对高强高导电铜合金进行了大量的研究和开发工作，针对不同的用途开发了多个系列产品，并已商业化生产，其中美国、日本、德国等是主要的生产和出口国。我国在高强高导电铜材料领域的研究起步较晚，许多研究工作仍处于试验阶段，大多数未形成产业化规模，使得我国高性能铜材料大部分依赖于进口。而我国是铜资源大国，拥有众多的铜加工企业，因此，对高性能铜材料进行研究开发，逐步建立拥有自主知识产权的材科体系，具有重要的战略意义和现实意义。 2 高强高导铜合金的应用 铜及铜合金具有多方面的、突出的优良性能。如：①高导电性、高导热性； ②抗磁性；③较高的机械性能和塑性；④较耐蚀性；⑤具有良好的合金化能力，
(TiB2+α-Al2O3)颗粒增强铜基复合材料的原位反应机理及摩擦磨损性能研究
硕士专业学位论文 (TiB2+仅．A1203)颗粒增强铜基复合材料的原位反应机理及摩 擦磨损性能研究 作者：蒋娅琳指导教 师：朱和国教授 南京理工大学 2015年01月
Master Dissertation Reaction pathways and Friction and wear ·●- -·J-orooerties ol the in-situ cooper matrix composites reinforced by(TiB2+仅--A1203) J● l D articles Jiang Yalin Supervised by Pyoj．Zhu Heguo Nanj ing University of Science＆Technology January,2015
声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文中作了明确的说明。 研究生签名：孪泌尸阵乡月碉 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名：矽篮年乡月徊
硕士学位论文(TiB2+o【．A1203)颗粒增强铜基复合材料的原位反应机理及摩擦磨损性能研究 摘要 本文采用放热弥散法()(D)成功以A1．Ti02．B．Cu、A1．Ti02．B203．Cu体系为原料通过原 位反应法制备了以(TiB2+仅．A1203)颗粒为增强相的铜基复合材料。对A1．Ti02．B．Cu和A1．Ti02 一B203．Cu系进行了反应热力学计算，通过真空烧结两种体系，对生成物进行SEM 观察和 EDS能谱检测，并结合XRD分析结果鉴定反应产物的相组成，根据反应产物类型建立反 应模型，分析反应过程，研究反应机理。结果表明，体系可以按热力学方向进行，分别生成 0【．A1203和TiB2增强相，可以制备出颗粒增强的铜基复合材料。同时本课题对该两种体系 制备出来的复合材料进行了摩擦磨损性能研究。 反应机理研究表明：A1．Ti02．B．Cu系在烧结过程中发生了四步化学反应，每步反应的表观活化能分别为590．5kJ·mol～，708．0kJ·m01．1，354．6kJ·mol。1和346．4kJ·mol～。A1．Ti02．B203．Cu系在烧结过程中共有两步反应，每步反应的表观反应活化能分别为 1 68．9 kJ．mol。1和342．8kJ．mol～。 摩擦磨损性能研究表明：在所研究的三种体积分数的材料当中，体积分数为30v01．％ 时A1．Ti02．B．Cu系和A1．Ti02．B203．Cu系的耐磨性能最低，太高的增强相体积分数破坏了 铜基的软韧性，脆性急剧升高，在实验过程中容易脆断。 对于增强相体积分数为20v01．％，10v01．％的铜基复合材料，在常温下，体积分数为 10v01．％的摩擦磨损性能最高增强相大小分布均匀，摩擦所形成的犁沟浅且窄。摩擦系数 变化范围不大。摩擦磨损性能较为稳定。 随着滑动速率的增加，材料的磨损量在一定范围内先升高后下降。这是由于材料在磨 损过程中产生了硬化膜，这层硬化膜阻碍了摩擦进程。A1．Ti02．B203．Cu(10v01．％)的试 样在摩擦磨损过程当中最早出现下降趋势，减小了磨损量，有相当耐磨损能力。 关键词：原位反应，反应机理，增强相，活化能，摩擦磨损性能
实验1 脲醛树脂的制备 一、目的要求 1．了解脲醛树脂的反应原理及PH 值对反应过程的影响 2．掌握脲醛树脂的制备方法 二、原理 脲醛树脂是尿素与甲醛在催化剂（碱性或酸性）作用下缩聚而成的初期树脂、以及在固化剂或助剂作用下形成的不溶不熔的末期树脂的总称。 脲醛树脂胶粘剂具有较高的粘合强度，较好的耐热性、腐蚀性和一定的耐水性。树脂呈无色透明粘稠液体或乳白色液体，不污染胶合制品。加之制造简单、使用方便、成本低廉，已成为人造板生产的主要胶种。脲醛胶粘剂的缺点是，胶合制品中常存在游离甲醛，污染空气，胶层易老化，耐水性不如酚醛树脂。 一般认为，脲醛树脂是经过两类化学反应形成的。一类是尿素与甲醛在中性或弱碱性介质中进行加成，生成一羟甲脲或二羟甲脲的反应： C O NH 2NH 2 + HCHO C O NH 2NHCH 2OH C O NHCH 2OH NHCH 2OH + 一羟甲脲 二羟甲脲 另一类反应是在酸性介质中脱水缩聚形成线型结构脲醛树脂的反应，包括羟甲基与胺基之间脱水生成亚甲基的反应，羟甲基与羟甲基之间脱水生成二亚甲基醚键（－CH 2－O －CH 2－）的反应，后者可能进一步脱甲醛仍生成亚甲基，最后生成线型或环化低聚体。 低聚体分子中存在大量的羟甲基，易反应，应在中性条件下保存。在使用时，将介质调至酸性，脲醛树脂的羟甲基在酸性条件下会进一步缩聚，发生三维交联，形成不溶不熔的体型结构。 三、主要试剂和仪器 尿素 甲醛（37%） 氢氧化钠 盐酸 氯化铵 pH 试纸 三颈瓶 搅拌器 回流冷凝管 烧杯 吸管 四、实验步骤 在装有搅拌棒、回流冷凝管和温度计的三颈瓶中，装入130 mL 浓度为37%的甲醛水溶液，用5%的NaOH 溶液调节pH 为7.0－7.5。然后加入50 g 尿素，搅拌溶解。加热升温至90－92℃，并在此温度下反应30 min 。此时，体系的pH 值下降到6.0－6.5。
2012年第16期广东化工 第39卷总第240期https://www.doczj.com/doc/9e8083912.html, · 157 · 师范院校分析化学实验教学改革实践与探索 姜大雨，赵东雪，陈新颖，郝乐，崔运成 (吉林师范大学化学学院，吉林四平 136000) [摘要]分析了师范院校分析化学实验教学中存在的问题，从教师和学生两方面进行剖析，建立了开放式和因材施教的教学模式，采用了多元化的考核体系，加强了学生的学习动机，培养了学生的实践能力，形成了自主创新的教学特色。 [关键词]分析化学实验；实践能力；教学特色 [中图分类号]G642.0 [文献标识码]B [文章编号]1007-1865(2012)16-0157-01 Improvement and Practice on Analytical Chemistry Experiment Teaching of Normal University Jiang Dayu, Zhao Dongxue, Chen Xinying , Hao Le, Cui Yuncheng (College of Chemistry, Jilin Normal University, Siping 136000, China) Abstract: The problems existing in analytical chemistry experiment teaching were analyzed from both teacher and student. Open teaching mode and various test system were formed to improve the learning motivation of student. Practice ability of student was trained and characters of independent innovation in experiment teaching were formed. Keywords: analytical chemistry experiment；practice ability；teaching character 分析化学是一门实践性很强的学科，在工农业生产、科学研究及国民经济各部门中起着重要的作用。分析化学实验单独设课，与理论课教学紧密结合，是化学专业基础课之一。分析化学实验应遵循“基础性、先进性、适应性、实用性”的原则，对实验原理部分力图做到阐述清楚，对实验步骤及注意事项做到叙述详细，以加强学生实验基本技能的训练，巩固和加深其对所学理论知识的理解和应用。 1 教学中存在的问题 1.1 教师是“课堂的主宰者” “传道、授业、解惑”是我国古代文学家韩愈对传授教师角色作用的概念。千百年来，无论在古代的个别教学中，还是近代的分析化学实验课堂教学中，教师的角色基本上没有超出这六个字的范围。因此出现以下问题： 1.1.1 “封闭式”教学模式 分析化学实验教学长期以来受到实验条件和教学大纲、教学安排等因素的限制，使学生处于“封闭式”传统教学模式，导致实验教学没有应有的生机，学生只能在教学大纲安排的固定学时和时间内到实验室做已规定的实验项目，其余的空余时间没有地方补充实验[1]。教师会按照教学大纲把实验的内容完整地讲解，因而学生始终处于被动地接受实验的状态。 1.1.2 “垄断性”教学体系 由于教师在信息上具有垄断性，教师控制了整个课堂活动，学生学习的内容、时间、方法、氛围、结果完全掌握在教师的预设之中，该教学体系忽视了学生的性格差异，漠视了学生思维的发展。 1.1.3 “单一化”考核方式 成绩对学生学习积极性有很大的影响。实验课的考核往往只流于形式，没有建立一套较为科学合理的考核手段和标准，实验教学的中心地位在考核比例中没有体现[2]。单一化的成绩考核方式，不仅不能评价学生实验的真实情况，还会扼杀学生继续学习的积极性，以致学生会出现相互抄袭或改写实验数据等实验不认真的现象。 1.2 学生的学习动机微弱 学习动机是直接推动学生进行学习的内部动力。一个学生是否学习分析化学实验、以及学习的努力程度、积极性、主导性等，都受学习动机的影响。而学生的学习动机微弱主要受以下两个方面影响： 1.2.1 对知识价值的认识不充分 学习动机的强弱受对知识价值认识的影响。师范学校的学生把课程讲解和粉笔字作为将来工作的中心，认为分析化学实验教学与将来工作关联不大，从而难以有学习分析化学实验的学习动机。1.2.2 缺乏学习的直接兴趣 学习的直接兴趣又称为求知欲，是力求认识世界，渴望获得科学文化知识探求真理并伴随着情绪体验的认识倾向，是学习动机中最最活跃的成分。由于分析化学实验内容偏重于理论验证和规范化操作训练，学生们在做实验时只是照方抓药、纸上谈兵，到了工作岗位后，遇到实际问题，不知从何下手，往往感到无能为力[3]。实验内容与实际情况严重脱节，导致学生失去了学习的直接兴趣。 2 教学改革与实践 2.1 教师变为“平等中的首席” 2.1.1 开放式的教学模式 师范院校分析化学实验教学实行开放的内容体系，为学生提供宽松的学习环境和实验空间，学生有了充分的时间思考成功和失败的原因，有利于促进学生的个性发展和培养他们的创新精神；该体系是一种以教师提出实验目标或创设问题情境，引导学生自主地学习、探究和设计实验方案、自己动手实验、体验知识形成，启迪思维，激发兴趣，开发智力、发展能力的教学活动[4]。以学生的主体为主题，选择了学生感兴趣的实验题目，实行开放式实验模式，例如：铝合金中铝含量的测定，在实验室内准备了充分的铝合金片、EDTA标准溶液和二甲基酚橙指示剂，实验室随时开放，有兴趣的学生就通过查教科书和搜索文献等途径学习这个实验，自己设计并完成了实验。实践证明，开放式的实验教学可以使学生由被动实验转为主动实验。 2.1.2 因材施教的教学体系 师范院校分析化学实验教学应采用因材施教的教学体系。教师要深入了解和研究学生的一般特点和个别差异，有针对性地进行教学；要正确处理集体教学和个别教学的关系。有的学生性格内向、生性孤僻、沉默寡言、害怕实验、害怕失败，教师应通过鼓励和指导、多表扬他，使他树立信心、勇于实践。有的同学生性活泼、性格外向、易喜易怒、表现欲强，教师应适当地进行调整，设置设计性实验任务，培养其耐心，训练其耐力，使其形成良好的性格特征[5]。这样有放矢地进行有差别的教学，使每个学生扬长避短，获得最佳的发展。 2.1.3 多元化的考核方式 分析化学实验课的考核，是分析化学实验教学的重要内容，也是检验教学效果的重要手段。根据分析化学与实验的特点把实验成绩考核分为两个部分，即平时考核和期末考试。平时考核包括报告和课堂表现两部分，实验预习报告情况和实验报告的内容占总成绩的20 %，主要检查预习报告的目的、实验原理是否清楚，实验报告的内容是否完整；课堂表现占总成绩的20 %，主要检查基本操作是否规范，数据是否及时记录和处理，数据是否真实[6]。期末考试分为操作考试和笔试两种，操作考试占总成绩的30 %， (下转第156页) [收稿日期] 2012-10-15 [基金项目] 吉林师范大学高等教育教学研究(重点)课题(吉师教科[2008]005号) [作者简介] 姜大雨(1972)，男，吉林延吉人，博士、副教授，主要研究方向为分析化学。
高分子化学实验 梁晖卢江主编 出版社化学工业出版社书号 ISBN 7-5025-5633-X 出版日期 2005-7-1
目录 第1章高分子化学实验的基础技术 (1) 1.1 聚合反应装置 (1) 1.2 聚合体系的除湿除氧 (5) 1.3 单体的纯化与贮存 (6) 1.4 常见引发剂（催化剂）的提纯 (8) 1.5 常见溶剂的处理 (9) 1.6 聚合物的分离与提纯 (10) 附：几种常见单体和溶剂的提纯处理 (12) 主要参考文献 (14) 第2章逐步聚合反应的实施 (15) 2.1 熔融聚合 (15) 实验一聚对苯二甲酸乙二醇酯(涤纶)的合成及其熔融纺丝 (16) 2.2 溶液聚合 (18) 实验二聚苯硫醚的合成 (19) 2.3 界面缩聚 (20) 实验三对苯二甲酰氯与己二胺的界面缩聚 (21) 2.4 固相聚合 (23) 实验四固相聚合法合成高分子量聚碳酸酯 (23) 2.5 逐步聚合预聚体的合成及其固化 (26) 实验五醇酸树脂缩聚反应动力学 (27) 实验六三聚氰胺—甲醛树脂的合成及层压板的制备 (29) 实验七软质聚氨酯泡沫塑料的制备 (31) 实验八不饱和聚酯预聚体的合成及其交联固化 (32) 实验九双酚A型环氧树脂的合成及其固化 (35) 主要参考文献 (38) 第三章自由基聚合反应的实施 (40) 3.1 本体聚合 (40) 实验十甲基丙烯酸甲酯的本体聚合 (41) 3.2 溶液聚合 (42) 实验十一乙酸乙烯酯的溶液聚合 (42) 3.3 沉淀与分散聚合 (43) 实验十二沉淀聚合合成单分散MMA/二乙烯基苯DVB交联微球 (44) 实验十三苯乙烯/丙烯酸丁酯的分散共聚合 (45)
碳纤维增强铜基复合材料 姓名: 张洪敏 学号: SX1206088 专业: 材料加工工程 导师：汪涛 日期：2012年11月15日
碳纤维增强铜基复合材料 一、碳纤维增强铜基复合材料的性质及其特点 目前国内外开展金属基复合材料占主导地位的是铝基复合材料及其制品，铜基复合材料的研究虽然不占主导地位，近年来也受到了人们的极大重视。现在有许多关于碳/铜复合材料的报道，证明它又一系列的优异性能。如：可利用其低的膨胀系数和优良的导热、导电、延展性和耐磨性制作功能结构元件；大功率晶闸管支撑电极；大规模集成电路基板；电刷、触头及其他导电滑块；耐磨自润滑轴承和其他耐磨件等。但是由于铜的熔点较高，较其他熔点低的金属来说，制造过程困难，同时由于铜基体与金属基复合材料的主要增强体润湿性差，所以影响了对其的研究和开发。随着人们对界面结构认识的提高及对改善润湿性方法的采用，使铜基复合材料的开发和应用具有广泛的前景。 碳/铜复合材料除具有铜基复合材料的共同特点之外，还具有优良的高温力学性能，根据增强体的体积，可将热膨胀系数减到接近零。这种复合材料的成本比钛低，密度比钢小，且易加工，因此碳/铜复合材料受到人们的广泛关注。 碳纤维增强铜基复合材料是以铜为基体，以碳纤维为增强体的金属基复合材料。选择高强高模、高强中模及超高模量碳纤维，以一定的含量和分布方式与铜基体组成不同性能的碳/铜复合材料。 由于碳纤维具有很高的强度和模量，负的热膨胀系数以及耐磨、耐烧蚀等性能，与具有良好导热导电性的铜基组成复合材料具有很好的导热导电性、高的比强度、比模量，很小的热膨胀系数和耐磨、耐烧蚀性，是高性能的导热、导电功能材料。 二、碳纤维增强铜基复合材料的表面改性 一束碳纤维表面直接沉积铜后，经不同温度的真空热扩散，测试热扩散前后C/Cu复合材料丝的断裂强度，测定结果表明，复合丝经900℃热扩散后强度仍未降低，说明碳纤维与铜基体之间没有发生界面反应。X射线衍射结果也表明，C/Cu界面处无反应物产生。界面成分分析表明，没有发生Cu与C的互扩散及其溶解。因此，C/Cu界面不会发生化学反应，也不会有溶解现象，只是一种已机械结合为主的物理结合。 为改善界面结合特性，有人首先在高强度碳纤维表面上电沉积镍涂层，使界面形成C-Ni互扩散结合特性，然后在镍涂层上电沉积铜。最后把经过电镀的碳纤维预制件在900℃下热压实。由此生产的材料模量不高，仅为180GPa，抗拉强度为380MPa，造成这种情况的主要原因是分层、纤维分布不均匀及基体松孔。 碳纤维与铜具有良好的化学相容性，但二者的润湿性差。目前的研究，主要集中于以下两方面来改善其润湿性。 1、在基体中加入合金元素 在基体中加入适量的合金元素，通过改变基体的化学成分以降低润湿过程的自由能，促进基体与纤维润湿。 2、对碳纤维进行表面处理 用化学镀铜法，使碳纤维与铜箔产生了良好的复合，在碳纤维表面进行化学气相沉积处理后，再浸铜，得到了碳/铜复合丝，这种方法也可促进二者之间的润湿。
浅谈中学化学实验教学改革 许婷婷 沈阳师范大学沈阳 100034 【文摘】化学是一门实验学科，实验教学是中学化学教学的重要环节，克服传统化学实验中的一些不足是当前中学化学实验教学改革的重点，改变现行实验教学中“只看不做”的问题，开展实验是最有效的手段。而中学化学教学以实验为基础，通过学生观察实验的现象来认识物质的性质，掌握化学的基本原理。全面贯彻新课程的基本理念，它对于传播绿色化学理念培养学生的创新能力有重要意义。 【关键词】化学教学化学实验改革 化学是一门以实验为基础的自然科学，受多种因素的影响，目前我国中学化学实验教学仍是最薄弱的环节，这严重制约了实验这一独特优势时培养学生创造力作用的发挥。全日制义务教育化学课程标准中强调：化学实验是进行科学探究的主要方式，它的功能是其他教学手所无法替代的。因此，中学化学教学中应加大对实验课程的投入与关注。 1中学化学实验现状 中学化学课标对实验的要求是：力求做到每个学生都能动手实验，实验室建设的标准化和管理员的配备与培训应满足具有的条件：条件好的学校，仪器配备应做到人手一套，应在课余时间向学生开放实验室，鼓励学生自主地开展实验但是，在实际的实验教学中对化学实验教学的教育教学功能的认识还不够全面和深刻，仍有很多教师把实验单纯地当做帮助学生获得化学知识的一种直观教学辅助手段，将其置于从属的位置；盲目的追求升学率，导致实验课程的真正意义上的丧失。而黑板实验，讲实验等还相当普遍，有一些学校即使开设实验课，也是验证性实验，探索性实验很少，再加上实验条件简陋，实验经费缺乏，致使化学实验及其教学的实际不容乐观。 2化学实验教学中常出现的问题 2.1演示实验的给出不利于学生培养良好的观察习惯 由于现行的教材中大部分的演示实验后面都附有实验现象，这样倒是方便了教师和学生。但有利就有弊，教师在给学生做演示实验的时候，一部分学生并不是在认真思考，而更像是在看热闹，有的甚至不看实验。理由就是书本上都写着呢！这样不仅养不成细致观察事物的能力而且会导致学生分析问题能力的下降。由于学生对感性问题认识不充分，知识掌握的不牢固，常常是学了后面忘了前面。 2.2演示实验与学生实验不同步不利于培养学生实验操作能力 学生实验总是放在演示实验之后，对于一些有关基本操作的实验，学生往往掌握的不好。因为学生每接触一种新仪器，总是先由教师进行课堂演示，讲解如
金属基复合材料 姓名：李英杰 班级：材控13-2 学号：201301021048
铜金属基复合材料 摘要：铜基复合材料因其具有优良的力学性能、较高的耐磨性和良好的导电导热性,被广泛应用于电子封装、电刷、电接触元件及电阻焊电极等方面。寻求既具有高导电导热性又具有良好力学性能的新型增强颗粒,对于铜基复合材料的研究和应用具有非常重要的意义。纳米金刚石(ND)具有高硬度、高耐磨性、导热性好和热膨胀系数低等优异性能,将其弥散分布到铜体中有望得到具有优良综合性能的铜基复合材料。本文主要介绍碳纤维增强铜基复合材料，其次还有不同的制备方法和加入不同的增强体的铜基材料。 关键词：碳纤维增强铜基复合材料复合电铸粉末冶金法 Cr3C2颗粒 引言：碳纤维增强铜基复合材料以其优异的导电、导热、减摩 和耐磨性能以及较低的热膨胀系数而广泛应用于航空航天、机械和电子等领域[1-5]。正是由于这种材料优异的性能以及在应用方面的优势，国内外对于碳纤维增强铜基复合材料的研究一直没有间断过。从2O世纪7O年代末开始，国内有关研究机构和高等院校就相继展开了C／Cu复合材料的试验研究，并取得了重要进展[6]。综合合金化强化、固溶强化、颗粒增强复合材料、形变强化以及时效析出强化等多种手段,对高强高导铜基材料展开研究,成功制备了一种新的Cr3C2颗粒增强Cu基复合材料,并探讨了Cr3C2/Cu复合材料的相关机理[7]。粉末冶金法是制备短碳纤／铜基复合材料的一种普遍方法。其中,冷压烧结粉末冶金法只适合制备碳纤维含量较低的碳一铜复合材料[8]。复合电铸工艺制备颗粒增强铜基复合材料,通过工艺研究、优化,成功制备了颗粒分布均匀,含量可控,材料组织致密、完整的Cu/SiC Cu/Al2O3复合材料。通过对力学性能、物理性能及摩擦磨损性能的研究考察,确定了复合电铸工艺制备的不同粒径颗粒增强铜基复合材料的性能特点、强化机制,为材料的实际应用提供理论参考[9]。 一、简述不同类型铜金属基复合材料 1.复合电铸制备颗粒增强铜基复合材料 随着现代航空航天、电子技术、汽车、机械工业的快速发展,对铜的使用提出了更多更高的要求,即在保证铜良好的导电、导热性能的基础上,要求铜具有高强度,尤其是良好的高温力学性能,低的热膨胀系数和良好的摩擦磨损性能。颗粒
铜基自润滑复合材料综述 前言 铜及其合金不仅具有优良的导热性、导电性、耐腐蚀性、接合性、可加工性等综合物理、力学性能，而且价格适中，所以铜及其合金作为导电、导热等功能材料在电子、电器工业、电力、仪表和军工中用途十分广泛,是不可缺少的基础材料之。但是随着科学技术的发展，纯铜和现有牌号铜合金的导电性与其强度及高温性能难以兼顾，不能全面满足航天、航空、微电子等高技术迅速发展对其综合性能的要求。相对于铜及其合金，铜基复合材料是一类具有优良综合性能的新型结构功能一体化材料．它既继承了紫铜的优良导电性,又具有高的强度和优越的耐磨性，在各种领域都有着广阔的应用前景。所以研制高强度、高电导率的铜基复合材料是发挥铜的优势、开拓铜的应用领域的一种行之有效的方法。目前，研制高强度、高导电铜基材料遇到的首要问题是材料的导电性与强度难以兼顾的矛盾，即电导率高则强度低，强度的提高是以损失电导率为代价的。传统的强化手段(如合金化)由于自身的局限性，在提高铜的强度的同时，很难兼顾铜的导电性。导电理论指出，固溶在铜基体中的原子引起的铜原子点阵畸变对电子的散射作用较第二相引起的散射作用要强得多。因此，相对于合金化而言，复合强化不会明显降低铜基体的导电性．而且由于强化相的作用还改善了基体的室温及高温性能．成为获得高强度、高导电铜基复合材料的主要强化手段。铜基复合材料具有高强度、高耐磨性、高导电性的优势，目前已经成为研究的热点。铜石墨复合材料不仅含有良好强度、硬度、导电导热性、耐蚀性好等特点的铜，而且还含有良好自润滑性、高熔点、抗熔焊性好和耐电弧烧蚀能力好的石墨，从而使得铜石墨复合材料在摩擦材料、含油轴承、电接触材料、导电材料和机械零件材料领域发挥着重大作用，特别是作为受电弓滑板材料和电刷材料，有着广泛的应用。提高铜石墨复合材料的综合性能一直以来都是科研人员研究的主要内容。 复合材料定义：复合材料(Composite materials)，是以一种材料为基体(Matrix)，另一种材料为增强体(reinforcement)组合而成的材料。 复合材料分类：复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为：①纤维复合材料。将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成。如纤维增强塑料、纤维增强金属等。②夹层复合材料。由性质不同的表面材料和芯材组合而成。通常面材强度高、薄；芯材质轻、强度低，但具有一定刚度和厚度。分为实心夹层和蜂窝夹层两种。③细粒复合材料。将硬质细粒均匀分布于基体中，如弥散强化合金、金属陶瓷等。④混杂复合材料。由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成。与普通单增强相复合材料比，其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高，并具有特殊的热膨胀性能。分为层内混杂、层间混杂、夹芯混杂、层内／层间混杂和超混杂复合材料。 1.铜基复合材料的制备方法： 铜基复合材料的制备方法很多，如内氧化法、粉末冶金法、复合铸造法、机械合金化法、浸渍法、燃烧合成法、溅射成型法、原位形变法等，各有其优缺点。下面对主要的制备方法及其大致发展趋势进行叙述，以期对制备工艺进行优化或为开发新的制备方法提供参考。
铜基自润滑复合材料综述 1 国内外铜基复合材料的研究现状与发展趋势 近年来，随着电子技术、计算机和信息技术的迅猛发展，焊接电极、接触导线、轴瓦和集成电路引线框架、仪器仪表、电子通信器件中的接触元件等部件种类增多，需求量急剧增大，而且器件向高整化、高集成电路化、高密实装化等方向变化，要求材料不仅具有良好的导电性、导热性、弹性极限和韧性，而且还应具有较好的耐磨性，较高的抗张强度，较低的热膨胀系数，加工性能好；焊接性能、电镀性能及封装、性能良好等一系列优良性能。自美国Ollin公司首先研制生产Cl9400铜合金替代铁镍合金作引线框架以来，在世界上掀起了研制和生产铜基复合材料的热潮，由于铜基复合材料强度的提高往往伴随着导电、导热性的下降。如何解决这一矛盾，将是铜基复合材料研究的关键课题。目前，Cu基复合材料的研究开发国内外非常活跃，抗拉强度在600MPa以上，导电率大于80%LACS的铜基复合材料已成为开发的热点之一。铜与其它一种金属有良好的融合性，采用Fe、Cr、Zr、Ti等在铜基体中有较大固溶度的合金元素，经固溶和时效处理后，合金元素以单质或金属间化合物的形式弥散析出，析出的弥散相有效阻止位错和晶界的移动，达到强化效果，而且第二相的析出纯化了基体金属，恢复了有固溶处理所降低的导电、导热性，取得了强度和导电导热性的平衡。如Cu-Ni-Si合金，通过固溶处理，强冷变形并时效处理后，由于在时效过程中调幅结构幅度的变化和沿晶界析出相形核的形成，NiSi相呈颗粒状从晶界上析出，使该合金抗拉强度达到760MPa，导电率43%；又通过对Cu-Cr-Zr系合金固溶处理和时效的控制，使含富Cr的金属间化合物在Cu基体上呈纳米微细结构弥散析出，获得了抗张强度600MPa、电导率80%IACS。 Cu基复合材料所追求的并非只是强度和导电，而是多项性能的综合。在实际使用过程中，电子器件发热所增加的热量需要通过铜基合金向外散热，因此，作为高强度Cu基复合材料还要求具有良好的导热性能。在Cu基复合材料的开发应注重以下几个方面： （1）新材料必须提高能适应部件小型化的加工性能； （2）Cu基复合材料的开发应注重特定的应用环境，如发动机四周的汽车电器，要求高温应力松弛特性优良的部件等。 引入纤维、晶须、陶瓷颗粒等高强度的强化相增强基体显示出良好的发展前景，其方法是向铜基体内植入稳定的高强度第二相，通过冷变形等加工处理，使第二相以弥散的颗粒状或纤维状分布与基体中，达到机械能和电导性能的最佳匹配。 2 铜基复合材料颗粒增强相的种类 颗粒增强铜基复合材料是指在铜基体中人为地或通过一定工艺生成弥散分布的第二相粒子。第二相粒子利用混合强化和阻碍位错运动的方式来提高铜基的强度，增加其耐磨性，如Al2O3/Cu复合材料，Ti2B2/Cu复合材料。通常第二相粒子在铜基复合材料中主要以2种形式分布：（1）在晶粒内部弥散分布；（2）在晶界上聚集分布。
实验二 丙烯酰胺溶液聚合 一、目的要求 1.认识并了解溶液聚合及其反应原理； 2.掌握丙烯酰胺溶液聚合的方法。 二、基本原理 溶液聚合是将单体，引发剂溶于溶剂，然后进行聚合的方法。根据所生成的高分子物质溶解情况，可以分为均相溶液聚合和非均相溶液聚合（也叫沉淀聚合）。自由基聚合、离子型聚合和缩聚反应聚合采用溶液聚合的方法。 溶液聚合一般具有反应均匀、聚合热易散发、反应速度及温度易控制、分子量分布均匀等优点。但是由于溶剂的引入，大分子自由基易向溶剂发生链转移反应，造成转化率降低，聚合度不高，使产物分子量降低，这是溶液聚合的主要缺点。因此，在选择溶剂时必须注意溶剂的活性大小。各种溶剂的链转移常数变动很大，水为零，苯较小，卤代烃较大。一般根据聚合物分子量的要求选择合适的溶剂。另外还要注意溶剂对聚合物的溶解性能，选用良溶剂时，反应为均相聚合，可以消除凝胶效应，遵循正常的自由基动力学规律。选用沉淀剂时，则成为沉淀聚合，凝胶效应显著。产生凝胶效应时，反应自动加速，分子量增大，劣溶剂的影响介于其间，影响程度随溶剂的优劣程度和浓度而定。 本实验以丙烯酰胺为单体，水为溶剂，（NH 4）2S 2O 8为引发剂，水为溶剂有许多优点：（1）价廉，（2）无毒，（3）链转移常数小，（4）对单体及聚合物溶解性能好，为一均相反应。 反应式： 链引发： ()4 4284222NH S O NH SO +?? → + O C H 2CH C NH 2 SO 4 _.+ O 3SO CH 2 C H C O NH 2. 链增长：
O C H 2CH C NH 2 O 3SO CH 2 C H C O NH 2 . n . +O 3SO CH 2 CH C O NH 2 CH 2 C H C O NH 2 n 链终止： 2O 3 SO CH 2 CH C O NH 2CH 2C C O NH 2 . n n n O 3SO CH 2 CH C O NH 2 CH 2 CH C O NH 2 CH C O NH 2 CH 2CH C O NH 2 CH 2OSO 3 在均相反应结束后，可通过加入适当的沉淀剂使聚合物与溶剂分离，再用过滤等方法，得到固体聚合物。 聚丙烯酰胺是一种优良的絮凝剂，水溶性好，广泛应用于石油开采，选矿、化学工业及污水处理等方面。 三、仪器与药品 仪器：三口瓶250ml 、球形冷凝管、温度计100℃、烧杯100ml 、量筒100ml 、搅拌装置、控温装置。 药品：丙稀酰胺（分析纯）10g 、蒸馏水100ml 、（NH 4）2S 2O 8 （分析纯）0.06g 。 四、实验步骤 1．如图组装好各种实验仪器。 2．用天平称取丙烯酰胺10g ，量筒量取蒸馏水80ml ，并将称量好的丙烯酰胺和蒸馏水依次加入到三口瓶中。 3．将水浴温度设定至30℃，并开始搅拌。 4．用天平称取（NH 4）2S 2O 8 0.06g ，量筒量取蒸馏水20ml ，并将称量好的（NH 4）2S 2O 8溶解
化学实验及其教学改革——化学实验改革的新特点 清泉镇中学李显贵 随着素质教育的整体推进,以及培养学生的科学素质、创新精神和实践能力在学科层面的有效实施和落实,有关化学实验及其教学的理论与实践研究有了较大的进展,有的研究呈现出未来化学实验及其教学改革的发展方向。因此,非常有必要对这些研究进行梳理,从而概括出化学实验及其教学改革的一些新的理念。 化学实验改革是化学课程与教学改革的重要组成部分。对于化学实验改革,不能就实验谈实验,而应当将其置于整个化学甚至理科课程与教学改革的大背景下,有目的、有计划系统地加以思考"这就有一个化学实验改革的指导思想问题。 一、化学实验改革的指导思想 1.扭转实验的学术化倾向 化学实验是侧重于为培养未来的专家服务,还是侧重于培养具有较高科学素质的未来社会的公民服务,这是在培养目标上的两种不同价值取向。目前的化学实验,无论在实验课题和内容的选择上、实验方案的设计上,还是在实验教学的要求和评价上,实验的学术化倾向都较为明显。“过分侧重于学科训练的实验,不仅功能过于单一,而且未必有利于培养学生的创新意识和诱发学生对科学实验的兴趣”,“因为我们面对的不是未来的科学家,至少其中大部分不是化学家”。 2.拓展实验的功能 从体现和落实培养科学素质这一化学课程与教学改革的总目标来看,非常有必要对化学实验的教育教学功能重新进行审视。就当前的化学实验的改革而言,有三个问题尤为突出。 一是化学实验技能训练问题。对学生进行实验技能的训练,是化学实验的功能之一但不是唯一功能。过分强调实验技能的熟练化,进行专门训练的做法既枯燥,效益又不
高是需要加以扭转的。为此,应将实验技能的训练与培养,置于实验探究活动之中,使二者有机结合起来。换句话说,就是教师应引导学生把注意力放在实验探究活动上,在积极、主动的实验探究活动中,形成化学实验技能,使实验技能的训练成为实验探究活动的结果之一。 二是关于验证性实验问题。目前对验证性实验的批评较多,很多人主张将验证性实验改为探索性或研究性实验。对于这些批评和主张要辩证地加以认识。验证性实验过多,探索性实验偏少,二者比例关系失衡,导致各自的作用的发挥受到限制,这肯定是不合适的因此有必要增加探索性实验,或将一些验证性实验改为探索性实验。但一味地因为验证性实验“结论”在前,“实验”在后,过分强调它对结论的验证,因而对验证性实验加以“排斥”的话,那就很容易走到另一个极端。从理论上讲,验证性实验和探索性实验在化学教学认识中都有各自的作用,只不过是在认识的不同阶段发挥了作用罢了,不存在谁代替谁的问题诸如“告诉学生详细的实验步骤”、“告诉学生结论”、“教师依据学生接近结论的程度给予评价”等问题,并不是验证性实验自身存在的问题,而是在验证性实验的设计和实施中人为造成的问题。要解决这一问题,首先要正确认识验证性实验的不可替代的作用;其次要系统规划,统筹考虑,将验证性实验作为实验探究活动的重要表现形式之一,与实验探究活动其他功能的发挥紧密结合起来;再次要改变验证性实验“照方抓药”式的设计,倡导结合所学知识对“验证性实验”进行探究。 三是“结果”与“过程”的关系问题。化学实验功能的体现,不仅仅在于获得所谓的“正确”实验结果,更重要的使学生经历和体验获得实验结果的探索过程,只有亲身经历了这样的过程,学生才能对什么是科学、什么是科学实验有较为深刻的理解,才能在这样的过程中受到科学过程和科学方法的训练、形成科学的态度、情感和价值观。“不重视过程的实验等于把生动活泼的化学现象变成了静止的某个预期的-结论.,何况这个-结论.学生从教师的表演实验和书本上早已知道,就像水平很低的侦探小说或者电影那样,没有悬念,引不起学生的积极思维,没有发现时的快乐,感受不到科学的魅力。同时由于结论和书本所叙的或理论所推测所预期的完全一致,教师无须为解释或探讨学生在实验过程中所发现的新的或未曾预料到的化学现象进行思考,因而失去了许多了解或理解化学的机会。” 3.贴近生活,贴近社会 将“面向全体学生的化学”、“面向公民的化学”这一理念落实到化学课程与教
近年来，熔体过热处理理论和工艺的发展为改善材料性能提供了一种全新的思路和方法。“熔体过热高强高导铜合金制备新工艺的研发”是一项基于该技术的应用研究项目，在当前合金化及“固溶+时效”热处理工艺基础上，引入熔体过热处理新工艺进行高强高导型Cu-Cr-Zr系、高强中导型Cu-Ni-Si系等高强高导铜合金生产线的研制与开发。 制得的高性能铜合金在保持优异的导电性能的同时，具有高强度、高耐磨性以及良好塑性等多样综合性能，是一类具有优良物理和力学性能的功能材料。可广泛应用于国民经济的各个部门，重要的应用领域有：集成电路引线框架材料、高速电力机车架空导线、点接触头和焊接材料、发电机组、锅炉衬料等，市场前景广阔。 与国内外普遍采用的合金化及“固溶+时效”热处理制备工艺方法相比，本项目从熔体热历史角度出发，制备过程采用熔体过热工序改善合金熔体结构，并结合水冷连续铸造快速凝固，进一步提高铜合金的高强、高导等多样综合性能，其主要创新性如下： （1）开发了熔体过热制备高性能铜合金的新工艺，该工艺流程简单，投资低见效好。其优点主要有：①熔体过热处理增大Zr、Cr、Ni等在铜液中的饱和固溶度，可进一步提高合金元素固溶强化和沉淀强化效果。②熔体过热处理对合金的凝固组织和性能有着重要影响，经过过热处理组织变得更加均匀，晶粒大大细化，冶金质量和综合力学性能可得到不同程度的提高。③熔体过热处理的最大优点是在处理过程中不需要加入变质剂，从根本上防止添加剂元素混入铜合金是所产生的副作用，尤其是降低其导电性能。 （2）由于采用了快速水冷连续铸造，熔体的凝固是在极大过冷度下完成，从而使合金中固溶度较低的合金元素有效的保留下来，同时合金铸锭的组织较致密。由于结晶一直保持顺序结晶，具有明显的方向性，消除了缩孔、缩松等缺陷。由于合金铸锭较长，可根据加工车间工艺要求的需要，进行合理锯切，从而减少了切头、切尾的消耗。与铁模相比，该工艺生产效率高，劳动条件好。 部分项目内容现已通过小试阶段，小试制成的Cu-Cr系铜合金经过熔体过热处理后，与未处理前相比其抗拉强度提高近20%以上，导电性能IACS及塑性均有一定上升，其性能及性价比较国内外同类产品具有一定优势。该项目的成功实施将有效弥补我司在铜合金高端市场上的不足，开拓并掌握市场先机。 一、项目的国内外研究现状和发展趋势 为阐明项目背景和起源，其实际意义及创新点所在，有必要对其相关的研究现状及发展趋势做简要分析如下：