Copper matrix composites strengthened with carbon nanotubes or graphene platelets prepared by ball milling and vacuum hot pressing

In this study copper matrix composites with two types of additions i.e. graphene platelets in the amount of 1÷2 wt.% or multiwall carbon nanotubes in the amount of 1÷3 wt.% were studied. Two types of graphene platelets were applied: of a fine thickness of 2÷4 nm and coarser of a 10÷20 nm plate thickness. The addition of finer graphene platelets to copper causes less strengthening, but smaller electrical resistivity, while the addition of MWCNTs causes an increase in hardness in comparison to graphene platelets and slightly higher resistivity growing with the amount of nanotubes. SEM and TEM studies allowed to determine that carbon nanotubes and copper grain size are refined during milling which does not change after consolidation. In the samples with graphene, a more homogeneous distribution of platelets was observed in the case of fine graphene, while platelet conglomerates in the case of coarser graphene tend to occur after the consolidation process at the copper particle boundaries.

---

W niniejszej pracy opracowano sposób wytworzenia kompozytów na osnowie miedzi, wzmacnianych różnymi typami węgla, tj. wielościennymi nanorurkami węglowymi w ilości 1÷3% obj. oraz płatkami grafenowymi w ilości 1÷2% wag. Wytypowano dwa rodzaje płytek grafenowych dostępnych komercyjnie pod nazwą: N006 o grubości 10÷20 mm oraz cieńsze FL-RGO o grubości 2÷4 mm. Dodawanie drobniejszych płatków grafenowych do miedzi powoduje mniejsze umocnienie i mniejszy opór elektryczny, natomiast dodanie wielościennych nanorurek węglowych (MWCNTs) powoduje wzrost twardości w porównaniu do płatków grafenu i niewiele większą oporność wzrastającą wraz z ilością nanorurek. Badania na skaningowym mikroskopie elektronowym SEM oraz transmisyjnym mikroskopie elektronowym TEM pozwoliły ustalić, że mieszanina MWCNTs oraz proszku miedzi podczas mielenia w młynie kulowym zmienia się, tworząc najpierw duże konglomeraty, a po 32 godzinach mniejsze ziarna miedzi oraz rozdrobnione nanorurki. Ponadto analiza badań ze spektroskopii Ramanowskiej ujawniła, że nanorurki węglowe ulegają pewnego rodzaju deformacji, zwiększając tym samym stopień zdefektowania. W kompozytach z dodatkiem grafenu stwierdzono bardziej jednorodny rozkład płatków w ziarnach miedzi w przypadku drobnego grafenu, podczas gdy w przypadku grubszych płatków grafenu tworzą się konglomeraty, które po procesie konsolidacji występują na granicach cząstek proszku miedzi.