Termofizyczne właściwości kompozytów Cu-C otrzymanych metodą metalurgii proszków

Wykonano badania materiałów kompozytowych typu Cu-C otrzymanych metodą metalurgii proszków domieszkowanych różnymi postaciami węgla (nanoproszek węgla, nanorurki węglowe oraz zredukowany tlenek grafenu). Na podstawie przeprowadzonych metodami skaningowej mikroskopii elektronowej badań strukturalnych oraz wykonanych badań właściwości termofizycznych (skaningowa kalorymetria różnicowa, dylatometria, analiza laserowa impulsowa) stwierdzono, że zastosowana procedura wytwarzania materiałów kompozytowych zapewnia zadawalające rozmieszczenie fazy węglowej w osnowie metalowej w skali makro i mezo. W skali mikro obserwowana jest porowatość oraz niejednorodność skutkująca obniżeniem przewodności cieplnej (TC < 400 W · m^-1 · K^-1), mimo zadawalających wyników względnej zmiany wymiarowej. Wprowadzenie zredukowanych płatków tlenku grafenu oraz węglowych nanorurek krótkich do matrycy Cu powoduje zmiany wymiarowe kompozytów w trakcie nagrzewania na skutek reakcji utleniania/redukcji osnowy Cu oraz utleniania fazy węglowej tlenem i wydzielania się produktów gazowych reakcji (CO₂, CO, C, H₂O i H₂ oraz węglowodorów). Kompozyt zmienia swoje wymiary – pęcznieje, a na jego powierzchni obserwowane są wybrzuszenia.

Studies of composite materials of the Cu-C type with additives of different forms of carbon (carbon nanopowder, carbon nanotubes and reduced graphene oxide) were performed by the powder metallurgy method. Based on the structural tests conducted by scanning electron microscopy methods and the examinations of the thermophysical properties (differential scanning calorimetry, dilatometry, laser flash analysis), it was stated that the applied procedure of fabricating composite materials ensures a satisfactory distribution of the carbon phase in the metal matrix in the macro- and meso-scale. In the micro-scale, we observe porosity and heterogeneity resulting in a lowered thermal conductivity (TC < 400 W · m^-1 · K^-1), despite the satisfactory results of the relative dimensional change. Introducing reduced graphene oxide flakes and short carbon nanotubes into the Cu matrix causes dimensional changes in the composites during heating as a result of oxidation/reduction of the Cu matrix, as well as oxidation of the carbon phase by oxygen and emission of gas products of the reaction (CO₂, CO, C, H₂O and H₂ and hydrocarbons). The composite changes its dimensions: it expands, and bulges are observed on its surface.