下载文档原格式
碳纳米管增强金属基复合材料的结构与性能研究近年来，碳纳米管增强金属基复合材料因其出色的力学性能和独特的导电特性而备受关注。
它结合了金属基材料的高强度和碳纳米管的优异性能，展现出了潜在的广泛应用前景。
本文将对碳纳米管增强金属基复合材料的结构与性能进行研究，探讨其制备方法、微观结构以及力学性能等方面的关键问题。
首先，我们先介绍一下碳纳米管的结构和制备方法。
碳纳米管是由碳原子按照特定的方式排列形成的纳米级管状结构。
它具有高比表面积、优异的力学性能和导电性能。
目前，常用的制备碳纳米管的方法包括化学气相沉积法、电弧放电法和化学气相淀积法等。
其中，化学气相沉积法是较常用的方法之一，通过将适当气体在高温条件下进行反应，可以得到高纯度、高质量的碳纳米管。
随后，我们将重点关注碳纳米管在金属基复合材料中的应用及其结构。
碳纳米管增强金属基复合材料的制备主要分为两步：首先是将碳纳米管分散均匀，然后与金属基体进行混合。
其中，碳纳米管的分散性对复合材料的性能起着关键作用。
当碳纳米管在金属基复合材料中的分散均匀时，可以形成立体网络结构，提高材料的力学性能和导电性能；而分散不均匀则会降低材料的性能。
此外，碳纳米管在金属基复合材料中的结构也有很大的影响。
一种常见的结构是碳纳米管与金属基体之间的异质结构界面。
由于碳纳米管与金属基体之间存在较大的差异，在界面处会形成间隙和连接缺陷，从而显著影响复合材料的力学性能。
因此，制备高质量的界面结构对于优化复合材料的性能至关重要。
最后，我们需要评估碳纳米管增强金属基复合材料的性能。
力学性能是其中最关键的指标之一。
通过引入碳纳米管，可以显著提高金属基复合材料的强度、硬度和韧性等力学性能。
此外，碳纳米管还能提高复合材料的导电性能和热传导性能。
这使得碳纳米管增强金属基复合材料成为多领域的研究热点，尤其对于电子器件、能源存储和复合纤维等领域具有广泛的应用前景。
综上所述，碳纳米管增强金属基复合材料的研究将有助于深入了解其结构与性能之间的关系，并为其应用提供理论基础。
碳纳米管增强金属基复合材料的研究与应用第一章碳纳米管及其性质碳纳米管（Carbon Nanotube，CNT）是由碳原子按照特定的方式排列形成的纳米材料，具有高强度、高导电性、高导热性和独特的结构特征等一系列优异性质，被认为是目前研究最活跃的纳米材料之一。
碳纳米管的结构分为单壁碳纳米管（Single-walled Carbon Nanotube, SWCNT）和多壁碳纳米管（Multi-walled Carbon Nanotube, MWCNT），其直径分别为1~2nm和2~100nm，可以根据需求进行选择和设计。
碳纳米管具有高强度的特点，被广泛应用于增强材料的制备领域。
同时，其与金属之间的相互作用也成为研究重点。
在金属基复合材料制备中，碳纳米管的加入可以显著提高复合材料的力学性能和物理性能。
第二章碳纳米管增强金属基复合材料碳纳米管增强金属基复合材料（CNT-reinforced Metal Matrix Composites，CNT-MMCs）是指将碳纳米管纳米填料加入到金属基质中，并通过一定的合成方法进行制备得到具有高性能的复合材料。
碳纳米管在复合材料中起到了强化、增韧、提高导电性和热导性等多种重要作用。
碳纳米管增强金属基复合材料的制备方法主要包括机械合金化、爆炸制备、高能球磨、沉积等方法。
其中，机械合金化是一种常用的制备方法，利用高能球磨技术将碳纳米管与金属粉末充分混合，再通过压制、热处理等步骤进行制备。
第三章碳纳米管增强金属基复合材料的性能碳纳米管增强金属基复合材料具有多种优异性能。
1.高强度碳纳米管具有高强度和高刚度，可通过引入到金属基质中来增强复合材料的力学性能。
研究发现，CNT-MMCs的拉伸强度和硬度随着碳纳米管含量的增加而增加。
同时，在复合材料中加入少量的碳纳米管可显著提高复合材料的疲劳寿命。
2.高导电性碳纳米管自身是良好的导电材料，在复合材料中加入碳纳米管可显著提高复合材料的导电性。
碳纳米管增强金属基复合材料随着科学技术的不断发展，新材料的研究和开发已成为科技领域的一个热点。
碳纳米管增强金属基复合材料作为一种新型复合材料，在机械、航空航天、电子等领域具有广阔的应用前景。
1. 碳纳米管的特性碳纳米管具有优异的力学性能和独特的电学、热学性能。
其具有高强度、高模量、低密度等特点，是一种理想的纳米级增强材料。
碳纳米管在金属基复合材料中的应用，可以显著提高材料的力学性能和导电性能，拓展了新材料的应用领域。
2. 碳纳米管增强金属基复合材料的制备方法制备碳纳米管增强金属基复合材料的关键在于有效地实现碳纳米管与金属基体的界面结合。
常见的制备方法包括化学气相沉积、机械合金化、电沉积等。
通过不同方法的选择和优化，可以实现碳纳米管与金属基体之间的良好结合，从而获得高性能的复合材料。
3. 碳纳米管增强金属基复合材料的应用碳纳米管增强金属基复合材料在航空航天、汽车制造、电子器件等领域具有广泛的应用前景。
在航空航天领域，碳纳米管增强的金属基复合材料可以有效减轻飞行器的重量，提高飞行器的性能；在汽车制造领域，碳纳米管增强的金属基复合材料可以提高汽车的强度和耐用性；在电子器件领域，碳纳米管增强的金属基复合材料可以改善电子器件的导电性能和散热性能。
4. 碳纳米管增强金属基复合材料的未来发展随着科学技术的不断进步，碳纳米管增强金属基复合材料的研究将会更加深入和广泛。
未来，随着制备工艺的改进和材料性能的优化，碳纳米管增强金属基复合材料将会在更多领域得到应用，并为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
综上所述，碳纳米管增强金属基复合材料作为一种新型复合材料具有独特的优势和广阔的应用前景，将成为未来材料领域的重要发展方向之一。
碳纳米管增强金属基复合材料的力学性能研究近年来，碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）作为一种新型纳米材料，引发了广泛的研究兴趣。
由于其优异的力学性能和独特的结构，碳纳米管成为改善传统材料性能的理想增强剂。
本文旨在探讨碳纳米管增强金属基复合材料在力学性能方面的研究现状和发展趋势。
首先，碳纳米管作为增强剂，可以显著改善金属基材料的强度和硬度。
研究证实，当碳纳米管掺杂在金属基复合材料中时，由于其高强度和刚度，可以有效抵抗金属晶粒的滑移和扩散，从而提高材料的抗拉强度和屈服强度。
同时，碳纳米管还能增加复合材料的硬度，因为其针状结构可阻碍位错的运动，从而使材料更难发生塑性变形。
其次，碳纳米管对金属基复合材料的韧性和断裂韧度也有显著的影响。
相比于纯金属材料，碳纳米管可以增加复合材料的断裂韧度。
这是因为碳纳米管具有高强度和高韧性的特点，能够吸收和分散外载荷，在复合材料中形成桥梁效应，提高其韧性。
此外，由于碳纳米管材料表面的高能位缺陷，能够吸附并扩散裂纹的尖端，进一步抑制裂纹的扩展速率，从而提高复合材料的断裂韧度。
不仅如此，碳纳米管还可以提高金属基复合材料的疲劳寿命和耐蚀性。
由于其高强度、高模量和良好的润湿性，碳纳米管可以抵抗金属表面的应力腐蚀和疲劳裂纹扩展，延长金属基复合材料的使用寿命。
同时，碳纳米管还能够吸附和吸收金属表面的有害离子和分子，提高复合材料的耐腐蚀性能。
然而，在实际应用中，碳纳米管增强金属基复合材料还面临一些挑战。
首先，碳纳米管的分散性是影响复合材料力学性能的重要因素。
碳纳米管的高表面能使其易于团聚，在复合材料中形成团簇，导致性能不稳定。
因此，如何实现碳纳米管在金属基复合材料中的均匀分散是当前亟待解决的课题。
此外，碳纳米管与金属基材料之间的界面相互作用也是影响复合材料性能的关键因素之一。
界面的相容性和结合强度直接影响复合材料的力学性能。
寻找合适的界面改性方法和结构设计，以增加碳纳米管与金属基材料之间的结合力，实现优化的界面效果，是进一步提高复合材料性能的重要课题。
碳纳米管增强铝基纳米复合材料制备及性能研究碳纳米管增强铝基纳米复合材料是一种新型的高性能材料，具有独特的优势。
随着科技的不断进步，越来越多的研究人员开始关注这一领域。
本文将探讨碳纳米管增强铝基纳米复合材料制备及其性能研究。
一、碳纳米管碳纳米管是由碳原子排列成的管状结构，直径在几纳米到几十纳米之间，长度可以从纳米到厘米级别。
它具有高强度、高导电性和高导热性等特点，被认为是一种理想的纳米材料。
二、铝基纳米复合材料铝基纳米复合材料是由铝基合金和纳米材料混合制成的复合材料，具有高强度、高硬度、高韧性、高耐腐蚀性和高温稳定性等特点。
与传统的铝合金相比，铝基纳米复合材料的机械性能更加优越。
三、碳纳米管增强铝基纳米复合材料将碳纳米管添加到铝基纳米复合材料中可以改善其力学性能、导电性能和导热性能等。
碳纳米管与铝基复合材料的结合可以增加其界面强度和弹性模量，同时也可以增加其准晶程度和基体强度。
因此，碳纳米管增强铝基纳米复合材料具有非常好的综合性能。
四、碳纳米管增强铝基纳米复合材料的制备碳纳米管增强铝基纳米复合材料的制备方法主要包括机械合金化、熔体渗透、电化学合成和等离子喷涂等方法。
其中，机械合金化方法是一种广泛应用的方法，它可以实现大规模的制备。
五、碳纳米管增强铝基纳米复合材料的性能研究碳纳米管增强铝基纳米复合材料的性能研究主要包括力学性能、导电性能和导热性能等方面。
研究表明，添加适量的碳纳米管可以显著提高铝基纳米复合材料的力学性能，增加导电性能和导热性能。
同时，不同制备方法和制备参数也会对其性能产生影响。
六、未来发展碳纳米管增强铝基纳米复合材料的应用前景十分广泛。
它可以被广泛应用于航空航天、汽车制造、电子电器、医疗器械和建筑材料等领域。
未来，我们需要进一步加强对这种新型材料的研究，探索更加高效的制备方法和更加理想的应用场景。
七、结论碳纳米管增强铝基纳米复合材料是一种非常有前途的新型高性能材料。
研究表明，它具有非常好的力学性能、导电性能和导热性能等优势，可以被广泛应用于多个领域。
中国碳纳米管发展现状一、引言碳纳米管，作为一种具有独特结构和优异的物理化学性能的纳米材料，在多个领域具有广泛的应用前景。
近年来，随着科技的不断进步，中国在碳纳米管的研究与应用方面取得了显著的进展。
本文将对中国碳纳米管的发展现状进行概述。
二、研究进展1. 制备技术：中国在碳纳米管的制备技术方面取得了重要突破。
通过改进催化剂、控制温度和压力等手段，成功实现了大规模、高效、环保的碳纳米管制备。
这为碳纳米管在各个领域的应用提供了充足的原料保障。
2. 应用领域：碳纳米管在能源、环保、医疗、航空航天等领域具有广泛的应用。
中国科研团队在多个领域开展了深入研究，取得了一系列重要成果。
例如，碳纳米管在电池、超级电容器等储能器件中的应用，提高了能量密度和循环寿命；在环保领域，碳纳米管可用于吸附和去除水体中的有害物质；在医疗领域，碳纳米管可用于药物输送、生物成像等。
3. 产业布局：中国政府高度重视碳纳米管产业的发展，通过政策引导、资金支持等方式推动产业集聚和创新。
目前，中国已形成了多个碳纳米管产业园区，聚集了众多优秀企业和研发机构，形成了完整的产业链。
三、挑战与展望1. 技术挑战：尽管中国在碳纳米管的研究和应用方面取得了显著进展，但仍面临一些技术挑战。
例如，如何进一步提高碳纳米管的性能和稳定性，以满足不同领域的需求；如何降低生产成本，提高产业竞争力等。
2. 政策环境：随着全球环保意识的提高，各国政府对环保材料的需求日益增长。
中国政府应加大对碳纳米管产业的支持力度，推动产业绿色发展，提高国际竞争力。
3. 人才培养：碳纳米管领域需要具备跨学科背景的高素质人才。
中国应加强人才培养和引进，建立完善的人才激励机制，为碳纳米管领域的发展提供智力保障。
4. 合作与交流：加强国际合作与交流是推动碳纳米管领域发展的重要途径。
中国应积极参与国际合作项目，引进先进技术和管理经验，推动中国碳纳米管产业走向世界。
四、结论中国在碳纳米管的研究和应用方面取得了显著进展，但仍面临一些挑战。
2024年碳纳米管市场分析现状引言碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）是一种纳米级的材料，由碳原子构成的管状结构。
由于其独特的物理和化学性质，碳纳米管被广泛应用于多个领域，如电子学、纳米材料、生物医药等。
本文将对2024年碳纳米管市场分析现状进行探讨。
市场规模和增长趋势目前，碳纳米管市场规模不断扩大，并呈现出良好的增长趋势。
根据MarketsandMarkets的报告，碳纳米管市场从2019年的约8.2亿美元增长到预计的2025年的约18.0亿美元，年复合增长率为9.8%。
这是由于碳纳米管在电子元件、传感器、储能装置等多个领域的广泛应用。
主要应用领域电子元件碳纳米管在电子元件中的应用前景广阔。
由于其高导电性和高迁移率，碳纳米管可以作为晶体管替代品在场效应管（FETs）上使用。
此外，碳纳米管也可以用于制造柔性显示器、柔性电子等可弯曲的电子设备。
碳纳米管的高灵敏度和高选择性使其成为理想的传感器材料。
它可以用于气体传感器、压力传感器、湿度传感器等多个领域。
此外，由于其独特的电化学性质，碳纳米管还可以用于生物传感器的制备。
储能装置碳纳米管具有高比表面积和优异的导电性能，这使其成为理想的储能材料。
碳纳米管可以用于超级电容器和锂离子电池等储能装置的制备。
它可以显著提高储能装置的能量密度和循环寿命。
纳米材料碳纳米管还可以应用于纳米复合材料的制备。
通过将碳纳米管与其他材料进行复合，可以制备出具有高强度、高导电性、高热导率等优异性能的材料。
这种材料可以应用于航空航天、汽车、建筑等多个领域。
主要市场参与者华东地区华东地区作为中国碳纳米管产业的主要地区，有许多重要的碳纳米管制造企业，如南京纳米技术研究所、苏州纳米技术研究所等。
这些企业在碳纳米管的制备、应用研究等方面具有一定的优势。
美国在碳纳米管市场中处于领先地位。
众多创新型企业和研究机构，如Nanocyl、ARKEMA等，在碳纳米管的研发和生产方面具有较强的实力和经验。
碳纳米管增强复合材料的制备与应用碳纳米管 (CNTs) 是一种具有独特性能和结构的纳米材料，在材料科学领域引起了广泛的关注。
碳纳米管增强复合材料作为一种新型的材料，具有优异的力学性能和导电性能，被广泛应用于多个领域。
一、碳纳米管制备方法目前，制备碳纳米管的方法主要包括化学气相沉积（CVD）、电弧放电、溶胶凝胶等。
其中，化学气相沉积是最常用的方法之一。
该方法通过在合适的催化剂下，在适当的温度和气氛条件下使碳源气体分解生成碳纳米管。
二、碳纳米管增强复合材料的制备制备碳纳米管增强复合材料的方法多样，其中最常用的是层层堆砌和浸渍法。
层层堆砌法通过将碳纳米管和基质材料交替堆叠，形成多层结构。
而浸渍法则是将碳纳米管浸渍到基质材料中，使其均匀分散。
这两种方法能够使碳纳米管与基质材料充分接触，从而提高材料的力学性能和导电性能。
三、碳纳米管增强复合材料在航空航天领域的应用由于碳纳米管增强复合材料具有轻量、高强度和耐高温性能，因此在航空航天领域起到了重要的作用。
利用碳纳米管增强复合材料可以制备出轻量化的航空器结构件，提高飞行器的载荷能力和降低燃油消耗。
此外，碳纳米管增强复合材料还可以用于制备导电的航空器外表面，提高静电防护性能，有效减少雷击事故的发生。
四、碳纳米管增强复合材料在能源领域的应用在能源领域，碳纳米管增强复合材料也发挥着重要的作用。
例如，利用碳纳米管增强复合材料可以制备高性能的锂离子电池电极材料，提高电池的能量密度和循环寿命。
此外，碳纳米管增强复合材料还可以应用于储氢材料、超级电容器等能源存储和转化领域，为清洁能源技术的发展提供支持。
五、碳纳米管增强复合材料在医学领域的应用碳纳米管增强复合材料在医学领域的应用前景广阔。
由于碳纳米管具有良好的生物相容性和导电性能，可用于修复和重建神经组织、骨组织和心血管组织等。
此外，碳纳米管增强复合材料还可以用于制备药物传递系统，提高药物的靶向性和疗效。
六、碳纳米管增强复合材料的挑战和展望尽管碳纳米管增强复合材料具有广泛的应用前景，但还存在一些挑战。
碳纳米管增强复合材料的发展前景
随着现代工业的快速发展，复合材料作为一种新型材料被广泛应用于各个领域。
其中，碳纳米管增强复合材料因其独特的结构和优异的性能而备受关注，具有广阔的发展前景。
碳纳米管是一种直径在纳米级别的碳原子管状结构，具有轻质高强度、优异的
导电导热性能以及较高的化学稳定性等优点。
将碳纳米管与传统复合材料基体相结合可以显著提高复合材料的力学性能和导电性能。
因此，碳纳米管增强复合材料在航空航天、汽车制造、电子设备等领域具有广泛应用前景。
在航空航天领域，碳纳米管增强复合材料可用于制造轻质高强度的航空器构件，可以显著减轻飞机的自重，提高飞行效率，降低能耗。
同时，碳纳米管具有优异的导电性能，可以用于制造航空电子设备的外壳，提高设备的散热效率和抗干扰能力。
在汽车制造领域，碳纳米管增强复合材料可以用于制造汽车车身和零部件，可
以提高汽车的抗冲击性能和强度，减轻汽车自重，提高燃油效率，降低尾气排放。
此外，碳纳米管具有优异的导热性能，可以用于制造汽车散热器等零部件，提高散热效率，延长零部件的使用寿命。
在电子设备领域，碳纳米管增强复合材料可以用于制造高性能的电子器件外壳，具有良好的抗电磁干扰能力和优异的导电性能，在提高电子器件性能的同时可以降低电子器件体积，实现微型化和轻量化。
综上所述，碳纳米管增强复合材料具有广阔的应用前景，在未来的工业领域将
得到更广泛的应用和推广。
随着技术的不断进步和研究的深入，碳纳米管增强复合材料的性能将得到进一步提升，为各个领域的发展和进步带来新的机遇和挑战。
3武器装备预研基金(51412010KG 01)资助 杨益:男,1981年生,硕士研究生,主要从事镁基复合材料研究 E 2mail :csuyycl @碳纳米管增强金属基复合材料的研究现状及展望3杨 益,杨盛良(国防科技大学航天与材料工程学院,长沙410073) 摘要 首先介绍了碳纳米管的性质和优点,并讨论了将其应用于制备金属基复合材料方面的优势。
从制备方法、材料性能等方面阐述了目前国内外对碳纳米管增强金属基复合材料的研究现状,并对碳纳米管增强金属基复合材料研究的发展前景进行了展望。
关键词 碳纳米管 增强相 复合材料R esearch Status and Development Prospect of Mental Matrix CompositeR einforced by C arbon N ano 2tubesYAN G Y i ,YAN G Shengliang(College of Airspace and Material Engineering ,National University of Defiance Technology ,Changsha 410073)Abstract At first ,the character and excellence of carbon nano 2tubes (CN Ts )are introduced ,and the superi 2ority of CN Ts is discussed when it is used to fabricate mental matrix composite.The current status of CN Ts reinforced mental matrix composite is introduced f rom the aspects of fabrication technologies and material character.Developing trend of CN Ts reinforced mental matrix composite is also described.K ey w ords carbon nano 2tubes ,reinforcement ,composite 金属材料由于来源广泛、加工性好,具有多种性能,因而得到广泛的应用。
但是随着科技的进步,人们对材料性能的要求越来越高,越趋于多样化。
传统金属材料的性能已经不能满足实际应用需要,对传统金属进行改进,提高材料性能已经成为一种发展趋势。
传统的通过添加合金元素来提高材料性能的方法效果有限,难以满足更高的应用需求,因此选择新的材料和工艺来制备材料,满足特殊要求成为很迫切的问题。
发挥碳纳米管优异的力学和物理性能,与具有特殊性能的金属基体进行复合,制备出具有特殊性能的金属基复合材料的方法正引起越来越多的关注。
1 碳纳米管及其特性碳纳米管于1991年由日本N EC 科学家Iijima S 发现[1]。
它是直径在013nm 到几十纳米,长度可到达几十微米的两边封闭的富勒烯管,管壁由六边形结构的碳组成,有单层(单壁碳纳米管)或多层(多壁碳纳米管)之分。
碳纳米管按其原子结构的手征对称性分为:armchair 型和zig 2zag 型。
碳纳米管具有优异的力学性能和物理性能。
理论计算和实验结果均表明碳纳米管具有很高的弹性模量,可超过1TPa (金刚石的弹性模量为1.2TPa ),甚至可以达到1.8TPa [2～4];碳纳米管的强度也很高,是钢强度的10～100倍,具有很好的变形性能,其弹性应变可达5%,最高可达12%,约为钢的60倍[3～5],而其密度只有钢的几分之一,一般为1～2g/cm 3。
除具有优异的力学性能外,碳纳米管还具有优良的热和电性能:在2800℃的高温真空环境下,其性质不发生改变,热导率比金刚石高出2倍,其电输送能力是铜线的1000倍。
由于优异的力学和物理性能,碳纳米管有望成为最具前景的复合材料增强相。
目前,碳纳米管的合成方法主要有:Arc 2discharge 、激光烧蚀法、一氧化碳气相催化法、碳氢化合物化学气相沉积法等[6]。
碳纳米管制备过程中的催化物粒子是最终制品杂质的主要来源,同时还会产生无定形碳和非管状富勒烯等杂质,各种制备方法的产率也有很大的差别;考虑到杂质含量以及产率等因素,生产复合材料用碳纳米管最合适的制备方法是化学气相沉积法。
综上所述,将力学和物理性能优异的碳纳米管与具有特殊性能的金属基体进行复合,制备出性能优良的金属基复合材料是提高金属材料性能的可行方法之一。
2 研究现状2.1 碳纳米管与镁基体的复合镁密度为1.71g/cm 3,熔点为651℃,镁元素在地壳中含量很高,约占地壳总量的2.35%,来源丰富。
用碳纳米管增强轻质的镁或镁合金,制备轻质高强的碳纳米管增强镁基复合材料已经成为一个热门研究领域。
目前,国内外已经报道的制备碳纳米管增强镁基复合材料的方法主要有:粉末冶金法和搅拌铸造法。
2.1.1 粉末冶金法粉末冶金法是制备金属基复合的常用方法之一,其优点是:增强体颗粒在基体中分布均匀、工艺过程对设备要求不高;缺点・281・材料导报 2007年5月第21卷专辑Ⅷ是:制品中有较多的孔隙、裂纹等内部缺陷,制造成本较高[7,8]。
将碳纳米管与镁粉混合后,压型、烧结制备碳纳米管增强的镁基复合材料,国内外已有报道。
J.Yang等用酒精和酸将碳纳米管与镁粉分散混合[9],干燥后在25MPa的压力下进行热压烧结(烧结温度550℃),制得了碳纳米管增强的镁基复合材料。
其研究表明:碳纳米管很好地嵌入到基体中,但是未看到它们有很好的界面结合;同时还发现碳纳米管增强的镁基复合材料的内摩擦系数不如碳纳米管和Al2O3晶须混杂增强的镁基复合材料的高,导致后者的剪切模量比前者高出20%。
国内沈金龙等用CCl4将镁粉与碳纳米管混合[10],双向压制冷压成型,在540℃烧结,制成了碳纳米管增强的镁基复合材料。
结果表明:碳纳米管在基体中呈束状分布,没有出现增强相团聚的现象,增强相与基体相之间没有发生界面反应。
制得的复合材料强度最高为200MPa,碳纳米管质量百分数为3.5%时复合材料的布氏硬度为32.7～36.5,认为复合材料的硬度和强度随着增强体含量的适当增加而增加。
分析碳纳米管增强镁的主要机制有:增强体强化、细晶强化和析出强化。
粉末冶金法制备镁基复合材料,可以比较容易地解决碳纳米管的分散问题,但是冷压成型过程中需要的压力比较大,毛坯的质量很难稳定控制。
采用热压烧结的方法可以大大降低成型压力,同时制备的复合材料的内部缺陷也较少。
2.1.2 搅拌铸造法搅拌铸造法是制备颗粒或晶须增强金属基复合材料的常用方法。
其优点在于设备简单、生产效率高,但是该方法制备的金属基复合材料中的气孔较多,增强相分布不均匀,容易产生增强相的偏聚。
搅拌铸造法根据铸造时基体的形态可以分为:全液态搅拌铸造,即增强相与液态金属搅拌均匀,然后冷却复合的工艺;半固态搅拌铸造,即增强相与半固态基体金属搅拌复合;搅熔铸造,即增强相加入到半固态的基体金属中,搅拌一定时间后升温至基体合金液相线温度以上,再搅拌一段时间后冷却的复合工艺。
研究发现搅熔铸造制备的复合材料的颗粒分布均匀、气孔率低,复合材料的性能优于全液态铸造法和半固态铸造法。
李四年等采用全液态搅拌铸造法制备了碳纳米管增强的镁基复合材料[11,12],并对该复合材料的性能和微观结构进行了初步的研究。
其研究表明:当增强相的加入量在0167%附近时,复合材料的抗拉强度比基体提高了100%,但是不到200MPa,而随着增强相加入量的继续增加,强度和延伸率均呈下降趋势。
其研究还表明,经化学镀镍处理的CN Ts增强的复合材料的抗拉强度比未镀镍的CN Ts增强复合材料的抗拉强度提高了近50%,延伸率比基体提高了30%。
搅拌铸造法制备碳纳米管增强镁基复合材料工艺中,增强相分布不均匀是影响复合效果和复合材料性能的关键因素,这是由于碳纳米管增强相的团聚形成了产生微裂纹和孔隙的弱相,从而大大降低了增强相的增强效果。
由于镁活泼容易氧化,所以不管是用粉末冶金法还是搅拌铸造制备碳纳米管增强镁基复合材料,防止镁基体氧化是一个很关键的问题,因为疏松的氧化镁在材料中是弱相,成为裂纹源,将大大降低材料的性能。
2.2 碳纳米管与铝基体的复合铝的密度为2.7g/cm3,具有很好的耐蚀性和加工性能,是目前应用最广泛的轻金属材料。
但是一般的铝或铝合金的强度不高、高温性能和耐磨性不好,将碳纳米管与铝基体复合,改善其高温性能和耐磨性,也是目前的一个热门研究方向。
丛洪涛等[13]将混合均匀的单壁碳纳米和纳米铝粉体在1.5GPa下冷压成型,然后再将成型样品在380℃热压烧结30min(真空度为10-2Pa,压力10GPa)制备出单壁碳纳米管增强的纳米铝基复合材料。
实验发现,当碳纳米管含量小于5% (质量百分数)时,随着碳纳米管含量的升高,材料的硬度值上升。
其原因是经过380℃热压后,材料中空洞等缺陷减少,致密度提高,适量的碳纳米管在纳米铝基体中被有效地分散和包容,两者之间形成了有效的结合,增大碳纳米管含量能提高碳纳米管对基体的增强效果。
但是,当碳纳米管含量超过5%(质量百分数)时,碳纳米管的增强效果开始缓慢地下降,冷压过程中粉体的成型性下降,其原因可能是碳纳米管束的密度过高,纳米铝表面的团聚碳纳米管量增加,使纳米铝之间不能很好结合,出现过多缺陷,影响碳纳米管的增强效果。
浙江大学的丁志鹏[14]采用无压浸渗的方法制备了碳纳米管/铝基复合材料。
其基本的工艺过程是:将碳纳米管与铝粉按比例混合,将混合均匀的粉体压结成型,制成预制件,然后在毛细力的作用下将熔融的铝液渗入预制件中,制成碳纳米管增强铝基复合材料。
熔融铝渗透预制件的2个必要条件是:①体系中应含有镁,②需在含氮气氛中进行浸渗。
其研究表明,在碳纳米管体积含量较低时,复合材料的硬度随着纳米碳管含量的增加而提高;而当体积含量数大于15%后,复合材料的硬度反而下降。
由于纳米碳管的自润滑和增强作用,随着复合材料中CN Ts含量的增加复合材料的摩擦系数和磨损率亦随之降低。
在制备碳纳米管增强铝基复合材料的过程中,虽然Al与C 反应,但是没有发现铝与碳纳米管形成界面反应物[15]。
2.3 碳纳米管与铜基体的复合由于引线框架、核聚变装置中的传热圈、点电极等方面对高强度高导电性铜基材料的广泛需求,推动了铜基复合材料的研究。
碳纳米管具有优异的力学和导电性能,将其分散于铜基体中,弥散强化铜,从而制备出具有优异高温强度和较好导电、导热性的碳纳米管增强铜基复合材料。
孟飞等[16]采用粉末冶金工艺结合轧制退火制备了碳纳米管弥散强化铜基复合材料,其基本工艺过程是:将CN Ts和铜粉在酒精介质中球磨混粉10h,然后在501MPa的压力下成坯,在900℃保温2h,制成碳纳米管增强铜基复合材料,最后进行冷轧处理,总的轧下量60%,分2次轧制,第一次轧下量50%,第二次轧下量10%。
