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1、維普資訊http://www.cqvip.com第26卷第6期兵器材料科學(xué)與工程V01．26N()．62003年l1月0]RDNANCEMATERLL．W,IENCEANDENGINEERINGNov．2003碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的設(shè)計與研究劉白，一，鄧福銘，曲敬信(1．中國礦業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程系，北京100083；2．長沙大學(xué)機械工程系，湖南長沙410003)摘要：碳納米管具有獨特的結(jié)構(gòu)、超強的力學(xué)性能、穩(wěn)定的化學(xué)性能和極高的長徑比，是制備復(fù)合材料的理想增強體。評述了碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的性能和應(yīng)用研究的動態(tài)。詳細討論了該復(fù)合材料的合金化和界面特性
2、，并指出今后研究的重點。關(guān)鍵詞：碳納米管；鋁；復(fù)合材料中圖分類號：TB332文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1004-244X(2003)06--0054---04鋁合金及鋁基復(fù)合材料具有高比強、高比模量、復(fù)合材料中，純鋁和鋁合金都可以用作基體，其中以輕質(zhì)、耐高溫、抗氧化、抗腐蝕、耐磨損、不吸濕、不放鋁合金作為基體的居多。經(jīng)過多年的研究和發(fā)展，氣、尺寸穩(wěn)定、不老化等特點，已成為航空、航天及其鋁合金已形成了較成熟的合金體系。工業(yè)上常用的它尖端技術(shù)部門發(fā)展高性能結(jié)構(gòu)材料的一個重要方Al—Si、A1一Mg、A1一Cu系合金在鋁基復(fù)合材料中向，也是近年來國內(nèi)外新材料研究的熱點
3、之一。同時都有應(yīng)用I5一，沉淀硬化鋁合金Al—Cu—Mg、A1一鋁基復(fù)合材料具有密度低、合金選擇范圍廣、可熱處Zn—Mg—Cu等特別受到研究者的重視l3。材料的理性好、制備工藝靈活多樣等許多優(yōu)點【1t。鋁基復(fù)使用要求是選用基體金屬的首要條件，如當(dāng)要求材合材料具有很大的應(yīng)用潛力，并且已有部分鋁基復(fù)合料具有良好的耐磨性、導(dǎo)熱性及低的熱膨脹系數(shù)時材料成功地進入了商業(yè)化生產(chǎn)階段。當(dāng)前鋁基復(fù)合(如活塞材料)，基體為Al—Si合金；為了進一步材料的研究集中在兩個方面：(1)采用連續(xù)纖維增強減輕零部件的重量，可考慮選用一Li合金作為基的具有優(yōu)異性能的復(fù)合材料，其應(yīng)用范圍集中
4、在很特體【3；為了提高材料的高溫性能，可以選用Al—Fe殊的領(lǐng)域，如航空航天領(lǐng)域；(2)采用不連續(xù)增強體增系合金{10。強的具有優(yōu)良性能的復(fù)合材料，其應(yīng)用范圍相當(dāng)廣金屬基復(fù)合材料的組成特點也是在選擇基體金泛_3。相對來說，后者具有制備工藝簡單、增強體成屬時需要考慮的重要因素。在連續(xù)纖維增強的金屬本低廉等優(yōu)點，實現(xiàn)工業(yè)化大批量生產(chǎn)的潛力更大，基復(fù)合材料中，連續(xù)纖維是主要承載相，基體金屬的因此成為當(dāng)前鋁基復(fù)合材料的研究重點。作用是固定纖維，傳遞載荷，此時基體金屬的塑性以及它與增強纖維的相容性是選材的重要依據(jù)，而基鋁基復(fù)合材料的設(shè)計與制備體的強度相對來說是次要的。事
5、實上，有研究表明，材料的使用性能是材料設(shè)計的出發(fā)點。不同的碳纖維增強的鋁基復(fù)合材料中純鋁或僅有少量合金技術(shù)領(lǐng)域、不同的工況條件對材料的性能有不同的元素的鋁合金作為基體比高強度鋁合金好得多，高要求，往往要求選用不同的材料。因此在金屬基復(fù)強度鋁合金作基體制備的復(fù)合材料性能反而較合材料的設(shè)計和制備過程中，基體金屬、增強體、制低。。而對于非連續(xù)增強金屬基復(fù)合材料，基體是備方法及工藝參數(shù)的選擇是多種多樣的，同時這些主要承載相，故基體的強度成為選擇基體金屬的重因素相互作用、相互影響，共同決定了最終所制得材要依據(jù)，此時通常用高強的鋁合金，如A356、6061、料的性能。70
6、75等合金作為基體。1．1基體金屬的選擇基體金屬與增強體的相容性，尤其是化學(xué)相容基體金屬的選擇應(yīng)考慮以下3個方面：(1)金屬性，在選擇基體金屬時也要給予充分的考慮。它的作基復(fù)合材料的使用要求；(2)金屬基復(fù)合材料組成的用是通過影響復(fù)合材料的界面組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)來實特點；(3)基體和增強體之間的相容性【。在鋁基現(xiàn)的。關(guān)于這一點，將在界面研究部分詳細討論。+收稿日期．2004—04—01；修訂日期：2003—07—14作者簡介：劉白(1963一)，男，副教授，博士生維普資訊http://www.cqvip.com第6期劉白等：碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的設(shè)計與研究5
7、51．2碳納米管(CNTs)增強相的結(jié)構(gòu)與性能金屬基復(fù)合材料正是由于增強體的加入并與基體的良好復(fù)合才具有比普通金屬材料更高的性能，因此增強體的選擇非常重要。針對材料的具體應(yīng)用，增強體首先應(yīng)具有明顯提高金屬基體某種所需特性的性能，如作為結(jié)構(gòu)材料時，增強體應(yīng)具有高強度、高彈性模量、低密度等性能，而作為耐磨材料時，硬度、耐磨性是主要的選擇依據(jù)。同時，增強體應(yīng)具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，與金屬基體有良好的浸潤性，以保證增強體與基體金屬良好復(fù)合和分布均勻。此外，增強體的成本也是需要考慮的一個重要因素。強酸強堿，在973K以下溫度，在空氣中基本不發(fā)生根據(jù)增強體的形態(tài)，可將其分為
8、纖維、顆粒、晶變化，具有較好的熱穩(wěn)定性
