化學氣相沉積原位合成碳納米管增強鈦基復合材料

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1、摘要碳納米管(CNTs)作為一維納米材料，其高模量、高強度及綜合性能是復合材料的理想增強體。利用CNTs為增強體制備鈦基復合材料，探索新的CNTs增強鈦基復合材料的制備工藝并研究其對材料性能的影響，對開發(fā)CNTs的應用領(lǐng)域和改善鈦合金的性能，具有重要的理論意義和實用價值。本論文首次通過沉積．沉淀法制備Ni／Ti催化劑，采用化學氣相沉積法在鈦粉基體上原位合成了CNTs／Ti復合粉末。研究了催化劑Ni含量、還原溫度、CNTs合成溫度、載氣類別及反應氣與載氣比例對CNTs生長的影響，并探討了CNTs的生長機理。結(jié)果表明，催化劑含量和反應合成溫度等因素對CNTs的形成有重要影響。當催化劑Ni含量

2、為3wt％，合成溫度為550℃時，甲烷裂解可得到形貌、產(chǎn)率、純度最佳的CNTs產(chǎn)物，從而實現(xiàn)了在Ti粉基體上原位合成CNTs的目的，該工藝為CNTs／Ti復合材料的制備提供了新的途徑。以合成的復合粉末為原料，采用粉末冶金法制備了CNTs／Ti復合塊體材料，并對其進行密度、硬度測試。采用干磨法對復合材料進行了摩擦磨損實驗，并與金屬鈦和鈦鎳合金的耐磨性能進行了對比。結(jié)果表明，CNTs的加入使CNTs／Ti復合材料的耐磨性能提高，隨磨擦時間和加載載荷的增加，CNTs／Ti復合材料磨損量的增加速率低于金屬鈦，在摩擦不同階段，出現(xiàn)了磨粒磨損、氧化磨損等特征。關(guān)鍵詞：碳納米管鈦基復合材料化學氣相沉積

3、原位合成粉末冶金摩擦磨損ABSTRACTCarbonnaonotube(CNT)isakindofimportantreinforcementinmetalmatrixcompositesbecauseofitshighmodule，highstrengthandoutstandingphysicalperformance．ItissignificantthatexploringnewmanufacturetechniqueforCNTsreinforcedtitaniummatrixcompositeandinvestigatingtheeffectofCNTsonthepropert

4、iesfordevelopingtheCNTs’applicationfieldsandimprovingtitaniumalloycapability．Inthethesis，anewNi／Ticatalystwaspreparedthroughdeposition-precipitationmethod．Then，theCNTs／Ticompositepowderwassynthesizedin·situontitaniumpowderwiththeNi／Ticatalystbychemicalvapordeposition(CVD)process．Theinfluenceofthe

5、processingparameters，suchasthecontentofcatalyst，reductiontemperature，CNTsynthesistemperature，carriergascategoryandtheradioofmethanetocarriergas，wereinvestigated．ThegrowthmechanismofCNTsonthenew‘Ni／TicatalystduringCVDwasdiscussed．Theresultsindicatedthattheprocessingparametersincludingthecontentofc

6、atalystandCNTsynthesistemperaturehaveaimportantinfluenceonthegrowthofCNTs．TheCNTswithevenmorphology，highyieldandpuritycanbesynthesizedbymethanedecompositionwhenthecontentofcatalystis3wt％andthesynthesistemperatureis550"C．Asaresult，theaimofthisexperimentforpreparingCNTsontitaniumpowderusingin-situC

7、VDprocesshasbeenachieved，whichpointsoutanewmethodforCNTs／Ticompositesmanufacturing．Furthermore，TheCNTs／Ticompositebulkswerepreparedbypowdermetallurgyprocesswiththesynthesizedcompositepowder．ThedensityandhardnessoftheCN