增强体结构对铜基复合材料力学性能的影响①_武世文.pdf

增强体结构对铜基复合材料力学性能的影响 ① 武世文１， 黎炳前１，２， 朱学宏１， 张福勤１ （１．中南大学 轻质高强结构材料重点实验室，湖南 长沙 ４１００８３； ２．中南大学 材料科学与工程学院，湖南 长沙 ４１００８３） 摘 要 采用碳纤维无纬布／ 网胎毡针刺整体毡作为预制体，经过化学气相渗透和真空无压熔渗法制备出了碳纤维增强铜基复合 材料。 采用偏光显微镜和扫描电镜观察了材料的微观组织形貌，并探讨了增强体结构对复合材料的物理性能和力学性能的影响。 研究结果表明，通过在 １ ２２０ ℃下真空熔渗 ０．５ ｈ 后，含钛锡青铜可以渗入碳纤维多孔预制体中，从而制备出致密的碳纤维增强铜基 复合材料；相比于布毡比 １∶１的复合材料，布毡比 ３∶１的复合材料硬度提升了 １７％，在垂直无纬布方向和平行无纬布方向的压缩强 度分别提升了 ３７％和 ４４％，抗弯强度提升了 ４７％。 关键词 碳纤维； 化学气相渗透； 真空无压熔渗； 铜基复合材料； 力学性能 中图分类号 ＴＢ３３３文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１８．０５．０３３ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１８）０５－０１２６－０５ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｎ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃｏｐｐｅｒ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ＷＵ Ｓｈｉ⁃ｗｅｎ１， ＬＩ Ｂｉｎｇ⁃ｑｉａｎ１，２， ＺＨＵ Ｘｕｅ⁃ｈｏｎｇ１， ＺＨＡＮＧ Ｆｕ⁃ｑｉｎ１ （１.Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｌｉｇｈｔ Ｗｅｉｇｈｔ ａｎｄ Ｈｉｇｈ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ； ２.Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００８３， Ｈｕｎａｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｐｐｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｖａｃｕｕｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅｌｅｓｓ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｎｅｅｄｌｅｄ ｆｅｌｔ ａｓ ｐｒｅｆｏｒｍ． Ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗａｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｂｙ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｌｉｇｈｔ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ ａｎｄ ｓｃａｎｎｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ， ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｎ ｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗａｓ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ａｆｔｅｒ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ａｔ １ ２２０ ℃ ｆｏｒ ０．５ ｈ ｕｎｄｅｒ ｖａｃｕｕｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅ， ｔｉｔａｎｉｕｍ⁃ｔｉｎ ｂｒｏｎｚｅ ｗａｓ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｅｄ ｉｎｔｏ ｔｈｅ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ ｐｏｒｏｕｓ ｐｒｅｆｏｒｍ， ｔｈｕｓ ａ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ⁃ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｃｏｐｐｅｒ⁃ｂａｓｅｄ ｃｏｍｐａｃｔ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｍａｔｅｒｉａｌ ｗａｓ ｐｒｅｐａｒｅｄ． Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｎｏｎ⁃ｗｏｖｅｎ ｆａｂｒｉｃ ｔｏ ｆｅｌｔ ａｔ ａ ｒａｔｉｏ ｏｆ １∶１， ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ａｔ ａ ｒａｔｉｏ ｏｆ ３∶１ ｈａｄ ｉｔｓ ｈａｒｄｎｅｓｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ １７％， ｔｈｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ａｎｄ ｐａｒａｌｌｅｌ ｔｏ ｔｈｅ ｎｏｎ⁃ｗｏｖｅｎ ｆａｂｒｉｃ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ３７％ ａｎｄ ４４％， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ， ａｎｄ ｔｈｅ ｆｌｅｘｕｒａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ ４７％． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｅｒ； ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ； ｖａｃｕｕｍ ｐｒｅｓｓｕｒｅｌｅｓｓ ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ； ｃｏｐｐｅｒ ｍａｔｒｉｘ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ； ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ 碳纤维不仅具有低密度、高强度、高模量、耐热、抗 侵蚀等优越性能［１］，还具有柔顺性和可编织性［２］。 铜 金属虽然强度不高，但具有非常好的导电性能和导热 性能。 因而碳纤维增强铜基复合材料呈现出一系列优 良的性能特点良好的导电导热、耐磨耐烧蚀、自润滑 性以及较好的力学性能［３－５］。 然而，碳纤维和铜之间 润湿性极差，严重制约了碳纤维增强铜基复合材料的 发展。 为了提高纤维与基体的结合强度，常加入合金 元素改善基体与纤维的润湿情况。 陈达等人［６］通过 加入 Ｔｉ 改善了铜和碳纤维的润湿性，使得复合材料强 度提高了 ６５％。 目前主要通过粉末冶金法和热压烧结法制备碳纤 维增强铜基复合材料［７－８］，但是碳纤维易团聚、烧结过 程易损伤纤维等问题制约了碳纤维增强铜基复合材料 的进一步应用。 本文通过将碳纤维无纬布和网胎毡针 刺成整体毡，化学气相渗透（ＣＶＩ）后真空无压熔渗铜 ①收稿日期 ２０１８－０４－０１ 基金项目 碳基复合 ＸＸ 材料应用技术研究（４１４２２ｘｘｘｘｘｘ） 作者简介 武世文（１９９６－），男，安徽滁州人，硕士研究生，研究方向为铜基复合材料。 通讯作者 张福勤（１９６４－），男，湖南邵阳人，教授，博士，研究方向为先进复合材料。 第 ３８ 卷第 ５ 期 ２０１８ 年 １０ 月 矿矿 冶冶 工工 程程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３８ №５ Ｏｃｔｏｂｅｒ ２０１８ ChaoXing 合金制备了碳纤维增强铜基复合材料，观察了材料的 微观组织形貌，并对其物理性能和力学性能进行了 表征。 １ 实 验 １．１ 实验材料及方法 通过 ＣＶＩ 以及真空无压熔渗的方法制备碳纤维 增强铜基复合材料。 样品制备示意图见图 １。 首先， 将无纬布和网胎毡按布毡比 １ ∶１、２ ∶１、３ ∶１交替叠层 （样品标号分别为样品 １、２ 和 ３），针刺成碳纤维针刺 整体毡（密度 ０．４６ ｇ／ ｃｍ３），其中，相邻的无纬布之间呈 ９０。 然后把制备好的碳纤维针刺整体毡进行 ＣＶＩ，沉 积温度 １ ０００ ℃，沉积压力 １０ ｋＰａ，沉积时间 ８０～１２０ ｈ， 丙烯作为碳源气，流量为 ３．２ Ｌ／ ｍｉｎ，氮气为载流气，流 量为 ４．８ Ｌ／ ｍｉｎ，沉积后得到密度为 １．０ ｇ／ ｃｍ３的碳纤 维多孔预制体。 通过无压熔渗法制备碳纤维增强铜基 复合材料，把铜合金（Ｃｕ８０Ｓｎ１０Ｔｉ１０）和制备好的多孔 预制体按体积比 １ ∶ ２放入石墨坩埚，随后将石墨坩埚 置入真空炉中，抽真空至真空度为 １０ Ｐａ 后开始升温， 升温速率 ２００ ℃ ／ ｈ，升温至熔渗温度１ ２２０ ℃，并在熔 渗温度下保温 ０．５ ｈ，之后随炉冷却至室温。 图 １ 样品示意 （ａ） 碳纤维针刺整体毡； （ｂ） 真空无压熔渗装配图 １．２ 表征及性能测试 采用阿基米德法测量样品密度；在 ＴＨ２５１２Ｂ 型 直流低电阻测试仪上测试样品电阻率，每组沿平行 无纬布方向取 ３ 个样品，结果取平均值；采用 ＨＶ－５ 小载荷维氏硬度仪测量样品显微硬度，载荷 ５０ ｇ，加 载 １５ ｓ，每个样品测试 ５ 个点，结果取平均值；采用金 相显微镜及 Ｑｕａｎｔａ ＦＥＧ ２５０ 型扫描电镜及其自带的 能谱仪表征样品的形貌及成分；根据 ＧＢ８４８９－８７ 标 准，压缩测试的样品尺寸为 １０ ｍｍ １０ ｍｍ １０ ｍｍ， 每组取 ３ 个测试样于美国 Ｉｎｓｔｒｏｎ ３３６９ 试验机上测试 样品抗压强度，加载速率 ２．０ ｍｍ／ ｍｉｎ，结果取平均值； 根据 ＧＢ１４４５２－９３ 标准，抗弯强度测试的试样尺寸为 ５５ ｍｍ １０ ｍｍ ４ ｍｍ（长 宽 厚）， 每组取３ 个测 试样于美国 Ｉｎｓｔｒｏｎ ３３６９ 试验机上测试样品抗弯强度。 采用三点弯曲的测试方法，支点跨距 ４０ ｍｍ，跨度和厚 度比为 １０∶１，加载速度 １．０ ｍｍ／ ｍｉｎ，结果取平均值。 ２ 结果与讨论 ２．１ 微观组织形貌 图 ２ 为不同布毡比制备出的碳纤维针刺整体毡经 过 ＣＶＩ 增密所得到的多孔体形貌。 ＣＶＩ 形成的热解碳 在偏光显微镜下具有十字消光的特性，从图 ２（ｄ）可以 看到偏振光下粗糙而富有层次感的粗糙层热解碳。 从 图 ２（ａ） ～（ｃ）可以看出，随着布毡比增加，无纬布层厚 度逐渐增加。 无纬布层内含有大量的碳纤维束，孔隙 很少，铜合金较难渗入；网胎毡层的孔隙较多，孔径也 较大，是之后熔渗铜主要的填充对象。 图 ２ 不同布毡比的碳纤维多孔体微观组织形貌 （ａ） １∶１； （ｂ） ２∶１； （ｃ） ３∶１； （ｄ） ３∶１ 由于铜与碳纤维润湿性很差［９］，因此纯铜很难渗 入碳纤维多孔体内，也就很难得到理想的复合材料。 样品 ３ 熔渗后得到的复合材料形貌见图 ３。 可以看出 熔融后的铜合金充分渗入碳纤维多孔体内，碳纤维和 铜合金贯穿彼此，碳纤维外包裹着热解碳，热解碳周围 被一层大约 ２ μｍ 厚的涂层包覆。 热解碳与铜合金通 过涂层结合到了一起。 图 ３ 真空无压熔渗铜后布毡比 ３∶１的样品形貌 （ａ） 整体形貌； （ｂ）局部放大图 为了确定该涂层成分，对其进行了能谱分析，结果 ７２１第 ５ 期武世文等 增强体结构对铜基复合材料力学性能的影响 ChaoXing 如图 ４ 所示。 可以看出铜合金的 Ｔｉ 元素富集在该涂 层，同时该涂层还含有碳元素。 继续对所得复合材料 进行 Ｘ 射线衍射物相分析，发现复合材料中含有铜锡 合金、碳以及 ＴｉＣ。 可以推断出，在真空无压熔渗的过 程中，铜合金中的 Ｔｉ 向热解碳扩散，然后与碳反应生 成 ＴｉＣ 涂层。 ＴｉＣ 的存在，改善了铜与碳纤维的润湿 性，使得铜浸入碳纤维多孔体成为了可能。 从图 ３（ｂ） 也可以看出，铜合金完全熔渗入了碳纤维多孔体，进而 形成了致密的复合材料。 图 ４ 样品成分分析 ２．２ 复合材料的物理性能 表 １ 为最终制备出的碳纤维增强铜基复合材料的 各项物理性能。 随着布毡比增加，各样品之间密度和 电阻率并没有太大变化，这是因为复合材料中铜合金 含量决定了整体的导电性能好坏。 真空熔渗之前，３ 种布毡比的碳纤维多孔体密度均为 １．０ ｇ／ ｃｍ３，真空熔 渗之后 ３ 种复合材料密度也相差无几。 随着布毡比增 大，复合材料硬度得到了明显提升。 这是因为纤维增 强复合材料中，承载外界载荷的主要是纤维增强体，而 基体只起到了传递载荷的作用［１０］。 而无纬布均为连 续的长碳纤维，网胎毡的碳纤维是由 Ｔ７００ 长碳纤维机 械切割成的长度约为 ７ ｃｍ 的短纤维，有研究指出，长 纤维无纬布承受载荷能力比网胎毡的短纤维要高［１１］， 因此随着布毡比增加，无纬布含量增加从而导致复合 材料中长纤维的含量上升，硬度也随之显著提高。 表 １ 不同布毡比碳纤维增强铜基复合材料的物理性能 样品号布毡比 密度 ／ （ｇｃｍ －３ ） 硬度 （ＨＶ） 电阻率 ／ （μΩｍ） １１∶１４．５９１０９．９４０．７７ ２２∶１４．５８１２１．６６０．７６ ３３∶１４．７７１２８．６２０．７５ ２．３ 力学性能 ２．３．１ 压缩强度 图 ５ 为不同布毡比的碳纤维增强铜基复合材料在 垂直于无纬布方向和平行于无纬布方向的压缩强度。 由图 ５ 可知，随着布毡比增加，复合材料在两个方向上 的压缩强度均明显提升，相比于布毡比 １ ∶１的复合材 料，布毡比 ３∶１的复合材料在垂直于无纬布方向上强 度提升了 ３７％，平行于无纬布方向上强度提升了 ４４％。 这是因为长纤维承受载荷和传递载荷的能力比 短纤维强，因此随布毡比增加，无纬布含量增加，压缩 强度也随之提升。 布毡比 400 350 300 250 200 150 压缩强度/ MPa ∶2 1∶3 1∶1 1 垂直无纬布方向 平行无纬布方向 250.69 220.12 319.49 305.51 345.28 316.67 图 ５ 不同布毡比碳纤维增强铜基复合材料的压缩强度 图 ６ 为不同布毡比碳纤维增强铜基复合材料压缩 测试的应力⁃应变曲线。 从图 ６（ａ）可以看出，３ 组试样 均为脆性断裂；从图 ６（ｂ）可以看出，布毡比为 １ ∶１的 样品在应力最大后应力呈台阶式下降，表现出假塑性 断裂特征，布毡比 ２∶１和 ３∶１的样品则表现出脆性断裂 特征。 400 300 200 100 00 812416 应变/ 应力/MPa ab 350 280 210 140 70 00 8412 应变/ 应力/MPa ∶1 1∶1 1 ∶2 1 ∶3 1 ∶2 1 ∶3 1 图 ６ 不同布毡比碳纤维增强铜基复合材料的应力⁃应变曲线 （ａ） 垂直于无纬布方向； （ｂ） 平行于无纬布方向 图 ７ 为布毡比 ３∶１的碳纤维增强铜基复合材料在 垂直于无纬布方向上的压缩断口形貌。 由图 ７（ａ）可 ８２１矿 冶 工 程第 ３８ 卷 ChaoXing 以看到，针刺纤维处呈明显的台阶状。 从图 ７（ｂ）和 （ｃ）可以看出，２ 个区域均有碳纤维从热解碳里拔出， 网胎毡区的纤维较短，无纬布区的纤维较长。 此外，反 应产生的 ＴｉＣ 界面层与热解碳脱粘，铜合金断口截面 和碳纤维断口截面不在一个平面。 当复合材料受到垂 直于无纬布方向上的载荷作用时，由于铜合金的强度 和弹性模量远比碳纤维低，因此铜合金首先发生变形， 引起了 ＴｉＣ 界面的应力集中并开始出现裂纹。 铜合金 与 ＴｉＣ 界面的结合强度要高于 ＴｉＣ 界面与热解碳的结 合强度，因此裂纹沿着 ＴｉＣ 与热解碳的界面延伸，导致 热解碳与 ＴｉＣ 层脱离。 此后，碳纤维也在剪切力作用 下逐步断裂，材料最终失效。 图 ７ 布毡比 ３∶１的样品垂直于无纬布方向压缩断口形貌 （ａ） 针刺纤维区； （ｂ） 网胎毡区断口； （ｃ） 无纬布区断口 图 ８ 为布毡比 ３∶１的碳纤维增强铜基复合材料平 行于无纬布方向上的压缩断口形貌。 可以看出，断口 形貌十分不平整，裂纹在针刺纤维处发生扭折（图 ８ （ａ））。 从图 ８（ｂ）可以看到明显的层间分裂，无纬布 区的纤维束断口很平整，没有纤维拔出。 样品受到平 行于无纬布方向的载荷作用时，铜合金产生变形，在无 纬布区和网胎毡区之间的界面引起应力集中并产生裂 图 ８ 布毡比 ３∶１的样品平行于无纬布方向压缩断口形貌 （ａ） 针刺纤维区； （ｂ） 无纬布区与网胎毡区界面 纹，裂纹拓展使样品分裂成多个沿无纬布方向的层状 组织，层状组织横向变形遇到针刺纤维后发生扭折。 当无纬布含量增加后，层状组织的横向变形受到了抑 制，使得样品压缩强度提高。 ２．３．２ 抗弯强度 图 ９ 为不同布毡比碳纤维增强铜基复合材料的抗 弯强度及抗弯载荷⁃位移曲线。 从图 ９（ａ）可以看出， 随布毡比增加，复合材料的抗弯强度提高，布毡比 ３ ∶１ 的复合材料抗弯强度比布毡比 １ ∶１的复合材料提升 ４７％。 从图 ９（ｂ）可见，３ 种布毡比样品的抗弯载荷⁃变 形曲线形状相似，均呈假塑性断裂特征。 300 250 200 150 100 布毡比 抗弯强度/MPa ab 1000 500 250 0 0.00.80.41.2 位移/mm 载荷/N ∶2 1 ∶1 1 ∶1 1∶2 1∶3 1 ∶3 1 186.68 239.14 274.17 图 ９ 不同布毡比碳纤维增强铜基复合材料抗弯性能 图 １０ 为布毡比 ３ ∶１的碳纤维增强铜基复合材料 抗弯断口形貌。 由图 １０（ａ）可以看出，材料断口不平 整，铜合金、ＴｉＣ 层、热解碳和纤维断裂的界面不在一 个面上，说明材料是逐步断裂的。 同时也可以看到很 多拔出的碳纤维和纤维束（图 １０（ｂ）），以及纤维拔出 后留下的热解碳包销（图 １０（ｃ））。 样品进行弯曲测 试时，随着载荷增加，铜合金出现弯曲变形，应力集中 于 ＴｉＣ 层，随后裂纹出现在 ＴｉＣ 与热解碳交界处，并沿 着 ＴｉＣ 与热解碳的结合界面向前拓展。 随着材料变形 加剧，碳纤维开始热解碳脱粘，发生断裂，并从中拔出。 图 １０ 布毡比 ３∶１的样品抗弯断口形貌 （ａ） 断口； （ｂ） 无纬布区； （ｃ） 纤维拔出后留下的热解碳包销 ９２１第 ５ 期武世文等 增强体结构对铜基复合材料力学性能的影响 ChaoXing ３ 结 论 １） 真空无压熔渗法可以将含钛锡青铜渗入碳纤维 多孔预制体中，从而制备出致密的碳纤维增强铜基复合 材料。 通过碳纤维上附着的热解碳与铜合金中的 Ｔｉ 反 应生成 ＴｉＣ 层，可以实现碳纤维与铜基体的良好结合。 ２） 随着布毡比增加，无纬布区的长纤维含量上升， 使得复合材料的性能得到极大提升。 经过在 １ ２２０ ℃ 真空无压熔渗 ０．５ ｈ 后，相比于布毡比 １ ∶１的复合材 料，布毡比 ３∶１的复合材料硬度提升了 １７％，在垂直无 纬布方向和平行无纬布方向的压缩强度分别提升了 ３７％和 ４４％，抗弯强度提升了 ４７％。 参考文献 ［１］ Ｍｏｎｔｅｓ⁃Ｍｏｒｎ Ｍ Ａ， Ｇａｕｔｈｉｅｒ Ｗ， Ｍａｒｔｎｅｚ⁃Ａｌｏｎｓｏ Ａ， ｅｔ ａｌ． Ｍｅｃｈａｎｉ⁃ ｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ⁃ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｃａｒｂｏｎ ｆｉｂｒｅｓ． Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎ ｅｎｄ⁃ ｅｆｆｅｃｔ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｄｅｓｃｒｉｂｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｄａｔａ［Ｊ］． Ｃａｒｂｏｎ， ２００４，４２ （７）１２７５－１２７８． ［２］ 苏青青，李微微，刘 磊，等． 碳纤维增强铜基复合材料的最新研 究进展和应用［Ｊ］． 材料导报， ２０１０，２４（５）７６－７９． ［３］ Ｓｈａｈｒｉｚａｍ Ｓ， Ｆａｉｚｕｌ Ｃ Ｐ， Ｒｕｈｉｙｕｄｄｉｎ Ｍ Ｚ， ｅｔ ａｌ． Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｓｉｎｔｅｒｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｔｈｅ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｏｐｐｅｒ⁃ Ｚｉｎｃ Ａｌｌｏｙ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｊ］． Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ＆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ２０１５，７５４ －７５５１８１－１８６． ［４］ 黎炳前，张福勤，杨 昭，等． 碳纤维增强铜基自润滑复合材料的 摩擦磨损性能研究［Ｊ］． 矿冶工程， ２０１６，３６（５）１０７－１０９． ［５］ 韩绍昌，徐仲榆． 碳／ 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由图 １～３ 可知，通过添加不同土壤改良介质，可 使同种植物对不同重金属富集能力有所提高。 土壤改 良剂的施用改善了土壤理化性质，增强了微生物活动， 提高了土壤酶活性，增加了土壤保肥增肥性，为植物生 长提供了良好条件。 而不同植物对相同重金属忍耐性 不同导致富集能力也有差异。 原因为同种植物的不同 种群（不同生态型）由于其分布和生长的环境各异，长 期受不同环境条件的影响，在植物的生态适应过程中， 可表现出对特殊金属元素有明显忍耐性；同一种群内 不同植株对重金属的忍耐性也有较大的变异性［８］。 ３ 结 论 １） 从植物富集重金属能力角度，柿竹园尾砂坝最 宜种植花叶水葱（土壤介质为 ８０％沸石＋２０％食用菌 下脚料），其次为苦菜（土壤介质为 ４０％沸石＋６０％草 炭）；高斯贝尔尾砂坝最宜种植苦菜（土壤介质为 ４０％ 沸石＋６０％草炭），其次为小飞蓬（土壤介质为 ８０％沸 石＋２０％食用菌下脚料），不宜种植花叶水葱。 ２） 不同改良介质对土壤理化性质有所改变，沸石 可增加植物对阴阳离子的交换，草炭土、食用菌下脚料 含有较高的有机质可增加土壤肥性，因此通过添加不 同的土壤改良介质可提高同种植物对不同重金属的富 集能力。 选取不同的先锋植物，针对主要污染物采取 多种植株长期混合种植，通过回收植物根茎，可以实现 重金属污染土壤的修复。 参考文献 ［１］ 郭 伟，赵仁鑫，张 君，等． 内蒙古包头铁矿区土壤重金属污染 特征及其评价［Ｊ］． 环境科学， ２０１１，３２（１０）３０９９－３１０５． ［２］ 孙鹏轩． 土壤重金属污染修复技术及其研究进展［Ｊ］． 环境保护 与循环经济， ２０１２（１１）４８－５１． ［３］ 张黎明，邓万刚． 土壤改良剂的研究与应用现状［Ｊ］． 华南热带农 业大学学报， ２００５，１１（２）３２－３４． ［４］ 林道辉，朱利中，高彦征． 土壤有机污染植物修复的机理与影响因 素［Ｊ］． 应用生态学报， ２００３，１４（１０）１７９９－１８０３． ［５］ 吴 浩，卢志军，黄汉东，等． 三种植物对土壤磷吸收和富集能力 的比较［Ｊ］． 植物生态学报， ２０１５，３９（１）６３－７１． ［６］ 武维华． 植物生理学（第二版）［Ｍ］． 北京科学出版社， ２００８． ［７］ 靳思佳，王 铖，张 琪，等． 几种介质对土壤的改良作用及彩叶 树种的生长生理响应［Ｊ］． 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