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《均勻分散碳納米管增強鋁基復(fù)合材料制備和性能》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得天津大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：簽字日期：年月日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解天津大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)天津大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門
2、或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：簽字日期：年月日簽字日期：年月日摘要碳納米管（CNTs）具有優(yōu)異的力學(xué)、物理性能以及低的密度而被認(rèn)為是金屬基復(fù)合材料（MMCs）理想的增強相，然而CNTs易于團聚的特性阻礙了高性能CNTs增強MMCs的制備和發(fā)展。針對這一問題，本文提出首先采用化學(xué)氣相沉積法（CVD）原位合成CNTs均勻分散在鋁粉表面的CNTs/Al復(fù)合粉末，進而將復(fù)合粉末機械球磨后粉末冶金成型（原位合成-短時球磨-粉末冶金法）制備復(fù)合材料的新思路；對整個制備過程的各個影響參數(shù)進行了系統(tǒng)的研究，并對復(fù)合
3、材料的組織、性能、界面結(jié)合和強化機制進行了探討。首先采用浸漬法制備了催化劑前軀體，經(jīng)直接還原后在鋁粉基體上沉積了Ni、Co、Cu三種納米催化劑顆粒，然后采用CVD法合成了CNTs/Al復(fù)合粉末；系統(tǒng)研究了鋁基體上CVD法原位合成CNTs的多種影響因素（包括催化劑種類與含量、合成溫度、反應(yīng)氣氛和時間）。結(jié)果表明：采用Ni、Co、Cu三種催化劑均可以在鋁基體上合成多壁CNTs，但Cu催化合成CNTs的石墨晶化程度較低；以0.5wt.%的Ni或Co作為催化劑，在600℃的合成溫度下，分別選擇CH4或C2H2作為碳源，可以在鋁粉表面合成均勻分散的，高純度、管徑均勻、石墨化程
4、度良好的CNTs，所得CNTs/Al粉末適合進一步制備復(fù)合材料。對原位合成的CNTs/Al粉末直接粉末冶金成型（原位合成-粉末冶金法）制備了CNTs/Al復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)當(dāng)CNTs含量為1.5wt.%時，復(fù)合材料的壓縮性能最佳，其壓縮屈服強度和彈性模量分別為純鋁的2.2倍和3倍；然而繼續(xù)提高CNTs含量后，復(fù)合材料的壓縮性能大幅下降，即采用該方法能夠?qū)崿F(xiàn)CNTs在鋁粉基體上的均勻負(fù)載量在2.5wt.%以下，CNTs含量在此及以上的復(fù)合材料力學(xué)性能會惡化。此外，CNTs的加入降低了鋁基體的耐蝕性，并且隨CNTs含量增多，復(fù)合材料的耐蝕性變差。針對“原位合成-粉末冶金”制
5、備方法存在的問題，進一步采用“原位合成-短時球磨-粉末冶金”工藝制備了CNTs/Al復(fù)合材料，即對原位合成的粉末通過短時球磨形成CNTs均勻分散嵌入鋁基體內(nèi)部的復(fù)合結(jié)構(gòu)，以此來進一步提高CNTs在鋁基體內(nèi)的最大均勻分散量，著重研究了球磨參數(shù)（包括過程控制劑、球磨轉(zhuǎn)速和時間）對CNTs的結(jié)構(gòu)、分散和復(fù)合材料性能的影響。結(jié)果表明：對于2.5wt.%-CNTs/Al復(fù)合材料，在優(yōu)化后的球磨轉(zhuǎn)速500rpm，不添加過程控制劑的條件下，隨球磨時間的增加（≤120min），所制備的復(fù)合材料組織更加致密，硬度和抗拉強度均不斷提高，確定了90min為最佳的球磨時間，所得復(fù)合材料硬度
6、和抗拉強度分別為純鋁的2.4倍和2.7倍，為經(jīng)過相同球磨時間鋁的1.6倍和1.5倍，且延伸率在15%以上，表現(xiàn)出強韌兼?zhèn)涞奶攸c；隨著CNTs含量的增加（≤4.5wt.%），復(fù)合材料的硬度和抗拉強度不斷上升，均在CNTs含量為4.5wt.%時達到最高，此時硬度和抗拉強度為HV131.2和420MPa，分別為純鋁的3.3倍和3.4倍；CNTs的加入可以有效的降低鋁基體的熱膨脹系數(shù)（CTE），隨CNTs含量的增多，復(fù)合材料的CTE不斷下降。對于采用“原位合成-短時球磨-粉末冶金”制備的CNTs/Al復(fù)合材料，研究了球磨過程和燒結(jié)溫度兩個關(guān)鍵因素對CNTs結(jié)構(gòu)演變和CNT-
7、Al界面的影響，并在此基礎(chǔ)上探討了CNTs/Al復(fù)合材料的強化機制。結(jié)果表明：短時球磨過程對CNTs的結(jié)構(gòu)損傷較小，嵌入鋁基體內(nèi)部的CNTs保持了良好的結(jié)構(gòu)；復(fù)合材料的抗拉強度和延伸率均在630℃的燒結(jié)溫度下達到極大值，而繼續(xù)提高燒結(jié)溫度后，復(fù)合材料的拉伸性能變差；630℃燒結(jié)條件下得到CNTs/Al復(fù)合材料中CNT-Al的界面反應(yīng)存在三種形式，即無明顯界面反應(yīng)、生成CNT@Al4C3結(jié)構(gòu)、完全轉(zhuǎn)變成為Al4C3相，此時少量出現(xiàn)的納米級Al4C3提高了界面結(jié)合強度，利于復(fù)合材料性能的提高。復(fù)合材料強度的顯著提升源于載荷在基體和增強相間的有效傳遞，CNTs作為載荷
