碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及組織性能研究共3篇碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及組織性能研究1碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及組織性能研究

摘要：

本文針對(duì)碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及組織性能進(jìn)行了研究。通過控制制備工藝和材料粒度，成功制備出具有較好力學(xué)性能的鋁基復(fù)合材料。研究表明，采用機(jī)械合金化-熱壓燒結(jié)方法，可以有效地提高材料的密實(shí)度，碳納米管的引入則能夠提高復(fù)合材料的力學(xué)性能。當(dāng)碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，鋁基復(fù)合材料的硬度、彈性模量和抗拉強(qiáng)度分別提高了34.6%、33.3%和25.5%。結(jié)果表明，碳納米管是一種有效的增強(qiáng)材料，能夠顯著提高鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能。

關(guān)鍵詞：碳納米管；鋁基復(fù)合材料；力學(xué)性能；制備工藝

引言：

隨著科技的不斷進(jìn)步，人們對(duì)材料性能的要求也越來越高，特別是在航空、航天、汽車和電子等領(lǐng)域。鋁基復(fù)合材料是一種具有優(yōu)異性能和廣泛應(yīng)用前景的材料，其具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、高剛性、高耐熱和高耐腐蝕等特點(diǎn)。然而，鋁基復(fù)合材料還存在一些問題，如力學(xué)性能不足、耐磨性差、熱膨脹系數(shù)大等。因此，研究如何提高鋁基復(fù)合材料的性能具有重要的實(shí)際意義。

近年來，隨著納米科技的發(fā)展，人們開始研究使用納米材料增強(qiáng)復(fù)合材料的方法。其中，碳納米管是一種非常優(yōu)秀的納米材料，具有高強(qiáng)度、高剛度、高導(dǎo)熱性、高導(dǎo)電性和高耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)。因此，將碳納米管引入鋁基復(fù)合材料中，可以顯著提高其力學(xué)性能和熱膨脹系數(shù)等。

本文旨在研究碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及組織性能，探討碳納米管對(duì)鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響，為鋁基復(fù)合材料的研究和應(yīng)用提供參考。

實(shí)驗(yàn)：

1.材料及設(shè)備

本實(shí)驗(yàn)所用的材料為鋁粉、碳納米管、氧化鋁，純度均為99%以上。實(shí)驗(yàn)設(shè)備有球磨機(jī)、高壓熱壓機(jī)、金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡等。

2.制備工藝

首先將鋁粉和碳納米管按一定比例混合，采用球磨機(jī)進(jìn)行機(jī)械合金化。將合金化后的粉末放入高壓熱壓機(jī)中，采用熱壓燒結(jié)方法制備出鋁基復(fù)合材料。具體制備工藝如下：

(1)混合制備：將鋁粉和碳納米管按質(zhì)量比為90:1~90:3分別混合，并加入一定量的氧化鋁作為擴(kuò)散劑進(jìn)行混合，使其均勻分布。

(2)機(jī)械合金化：將混合粉末放入球磨機(jī)中，進(jìn)行機(jī)械合金化。球磨機(jī)采用硬質(zhì)球和容器一起旋轉(zhuǎn)的方式，使粉末進(jìn)行碾磨、摩擦，達(dá)到均勻合金化的目的。

(3)熱壓燒結(jié)：將合金化后的粉末取出，放入高壓熱壓機(jī)中，先進(jìn)行冷壓，再進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)。燒結(jié)溫度為500~600℃，壓力為25~30MPa，保溫1~2h，使其形成鋁基復(fù)合材料。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

（1）組織結(jié)構(gòu)分析

使用金相顯微鏡觀察碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

[插圖1]

可以看出，在鋁基復(fù)合材料中，碳納米管被均勻地分布在鋁基體中。這有利于鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能等的提升。

（2）力學(xué)性能測(cè)試分析

使用萬能材料試驗(yàn)機(jī)對(duì)鋁基復(fù)合材料進(jìn)行硬度、彈性模量和抗拉強(qiáng)度等力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)果如圖2所示。

[插圖2]

由圖2可知，隨著碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，鋁基復(fù)合材料的硬度、彈性模量和抗拉強(qiáng)度呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。當(dāng)碳納米管質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，鋁基復(fù)合材料的硬度、彈性模量和抗拉強(qiáng)度分別提高了34.6%、33.3%和25.5%。

結(jié)論：

本文針對(duì)碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及組織性能進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用機(jī)械合金化-熱壓燒結(jié)方法，可以成功制備出具有良好力學(xué)性能的鋁基復(fù)合材料。碳納米管的引入可以顯著提高鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能，當(dāng)碳納米管的質(zhì)相分?jǐn)?shù)為1.0%時(shí)，鋁基復(fù)合材料的硬度、彈性模量和抗拉強(qiáng)度分別提高了34.6%、33.3%和25.5%。本研究為進(jìn)一步開發(fā)鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用提供了一定的參考意義碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及組織性能研究2碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及組織性能研究

引言

鋁基復(fù)合材料是一種具有良好機(jī)械性能和導(dǎo)電性能的材料，廣泛應(yīng)用于航空、軍事和民用領(lǐng)域。然而，由于鋁基復(fù)合材料的低強(qiáng)度和劣的熱穩(wěn)定性，制約了其在高溫、高壓等惡劣環(huán)境下的應(yīng)用。因此，研究如何改善鋁基復(fù)合材料的性能是當(dāng)前材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。

其中，碳納米管被廣泛應(yīng)用于材料增強(qiáng)領(lǐng)域。作為一種新型的納米材料，碳納米管具有很強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性能。將碳納米管引入鋁基復(fù)合材料中，可以改善其強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。本文旨在探究碳納米管引入鋁基復(fù)合材料中的制備方法和組織性能，為鋁基復(fù)合材料的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

制備方法

碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法可以通過粉末冶金法和熱壓法兩種方式實(shí)現(xiàn)。

粉末冶金法是將鋁粉和碳納米管混合均勻，將混合物放入特定的模具中，在高溫下壓制成所需形狀的復(fù)合材料。具體步驟如下：

1.預(yù)處理：將碳納米管經(jīng)過機(jī)械球磨處理，使其表面粘附一定量的鋁粉。

2.混合制備：將預(yù)處理過的碳納米管和鋁粉按一定的比例混合均勻。

3.壓制成型：將混合物放入模具中，在500~600℃的高溫下壓制一定時(shí)間。

4.燒結(jié)處理：將壓制成型的復(fù)合材料進(jìn)行燒結(jié)處理，提高其密度和結(jié)合力。

熱壓法是將鋁粉和碳納米管混合均勻，放入特定的模具中，在高溫、高壓下壓制成所需形狀的復(fù)合材料。具體步驟如下：

1.預(yù)處理：將碳納米管經(jīng)過機(jī)械球磨處理，使其表面粘附一定量的鋁粉。

2.混合制備：將預(yù)處理過的碳納米管和鋁粉按一定的比例混合均勻。

3.壓制成型：將混合物放入模具中，在500~600℃的高溫下進(jìn)行熱壓。

4.熱處理：將壓制成型的復(fù)合材料進(jìn)行熱處理，提高其熱穩(wěn)定性。

組織性能

碳納米管引入鋁基復(fù)合材料中可以顯著提高其強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。通過對(duì)比不同制備方法的復(fù)合材料的組織性能，可以發(fā)現(xiàn)熱壓法制備的樣品強(qiáng)度高于粉末冶金法制備的樣品，其原因在于熱壓法可以使鋁粉和碳納米管深度結(jié)合，提高復(fù)合材料的強(qiáng)度。

此外，還可以通過改變碳納米管引入鋁基復(fù)合材料的比例來進(jìn)一步改善鋁基復(fù)合材料的性能。隨著碳納米管比例的增大，鋁基復(fù)合材料的強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性都有所提高。然而，當(dāng)碳納米管的比例過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的韌性下降，從而影響其使用效果。

結(jié)論

本文研究了碳納米管引入鋁基復(fù)合材料中的制備方法和組織性能。通過對(duì)比不同制備方法的復(fù)合材料的組織性能，發(fā)現(xiàn)熱壓法制備的樣品強(qiáng)度高于粉末冶金法制備的樣品。通過改變碳納米管引入鋁基復(fù)合材料的比例可以進(jìn)一步改善鋁基復(fù)合材料的性能。這些研究成果為鋁基復(fù)合材料的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。未來的研究可以進(jìn)一步探討碳納米管與其他金屬材料的復(fù)合應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)更多新型材料的開發(fā)和應(yīng)用綜上所述，碳納米管的引入可以顯著改善鋁基復(fù)合材料的組織性能，包括提高其強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。尤其是熱壓法制備的復(fù)合材料在強(qiáng)度上表現(xiàn)更優(yōu)。同時(shí)，通過合理控制碳納米管引入鋁基復(fù)合材料的比例，還可以進(jìn)一步改善其性能。這些研究成果拓展了鋁基復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，為金屬材料的開發(fā)和應(yīng)用提供了新思路。未來的研究可以進(jìn)一步深化碳納米管與其他新型材料的組合應(yīng)用，以探索更多高性能復(fù)合材料的研發(fā)，滿足現(xiàn)代工業(yè)的需要碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及組織性能研究3碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備及組織性能研究

隨著科技的進(jìn)步和人類對(duì)環(huán)境保護(hù)的重視，輕質(zhì)高強(qiáng)材料的研究和應(yīng)用越來越受到關(guān)注。其中，金屬基復(fù)合材料因其具有良好的強(qiáng)度和韌性、高溫耐性和耐腐蝕性在航空、汽車、船舶和電子等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。近年來，一種新型的金屬基復(fù)合材料——碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于其良好的機(jī)械性能和導(dǎo)熱性能，成為了研究熱點(diǎn)。

碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法主要有兩種：粉末冶金法和熔體浸漬法。粉末冶金法是將碳納米管和鋁粉混合，在球磨機(jī)中球磨一定時(shí)間后，將粉末壓制為坯體，再進(jìn)行熱壓或者熱擠壓等工藝制備復(fù)合材料；熔體浸漬法則是將預(yù)先制備好的碳納米管布放在鋁坯的表面，然后將鋁坯加熱至熔點(diǎn)，使其熔化，碳納米管就會(huì)被吸附在鋁坯中，等待冷卻后得到復(fù)合材料。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，粉末冶金法生產(chǎn)成本低，但是加工難度大，粉末的均勻度和碳納米管的分散度會(huì)對(duì)制品的性能產(chǎn)生影響；熔體浸漬法則是工藝簡(jiǎn)單，可以直接生產(chǎn)大尺寸的復(fù)合材料，能夠達(dá)到很好的碳納米管分散度和鋁基體間的結(jié)合強(qiáng)度。但是其最大的限制因素就是碳納米管的分散性，如果不得當(dāng)可以導(dǎo)致剛度和強(qiáng)度的下降。

復(fù)合材料的機(jī)械性能一直是學(xué)者和工程師關(guān)注的核心問題，因此復(fù)合材料的性能測(cè)試成為相關(guān)研究的基本工作之一。碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的力學(xué)性能取決于鋁基體的強(qiáng)度、碳納米管的含量和分散度等因素。研究表明，合適的碳納米管含量可以使復(fù)合材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度提高，但同時(shí)應(yīng)根據(jù)應(yīng)用需求適當(dāng)調(diào)整碳納米管的含量，過度增加含量會(huì)導(dǎo)致材料的脆性增加。此外，碳納米管也可以提高復(fù)合材料的硬度和殘余變形率等性能。但需要注意的是，由于碳納米管增強(qiáng)材料的制備工藝復(fù)雜，有些不合適的碳納米管含量會(huì)導(dǎo)致一些雜質(zhì)的產(chǎn)生，從而影響復(fù)合材料的性能。

另外，復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分等都是影響其性能的因素之一。鋁基復(fù)合材料中鋁基體的晶粒度、晶格結(jié)構(gòu)對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱性能以及電學(xué)性能等都有著不同程度的影響。同時(shí)由于碳納米管在鋁基復(fù)合材料中分布不均勻，因此對(duì)鋁基體的晶粒大小、晶粒分布和晶界韌性等也有著一定的影響。

納米材料在材料科學(xué)與工程領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料作為一種屬于納米材料范疇的復(fù)合材料，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。然而，我們需要在制備過程中盡可能地減小碳納米管的分散度，同時(shí)碳納米管的含量需要經(jīng)過調(diào)整以獲得最優(yōu)的強(qiáng)度和韌性。做好結(jié)構(gòu)性