无压渗透法制备纳米碳管增强铝基复合材料及其性能研究

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1、⑧塑垩查兰型主兰竺笙壅塑童夔2006年5月摘要纳米碳管增强铝基复合材料具有广泛的应用前景，通过纳米碳管增强体与铝基体的复合，使材料具有了单组元所不具备的优良性能。无压渗透是指熔融的铝合金在无外力作用下，借助浸润导致的毛细管压力渗入预制件中，无压渗透技术是一种制备金属基复合材料的新方法。与传统的固态法和液态法相比，无压渗透具有工艺简单、成本低廉、制备的复合材料致密度高等特点。本论文利用该方法制备了纳米碳管增强铝基复合材料，初步探讨了熔融的铝液向增强预制件中渗透的工艺条件，并对该铝基复合材料的摩擦磨损性能进行了相关的研究。本文运用化学气相

2、沉积(CvD)的方法制各了多壁纳米碳管，经超声分散处理后，用SEM、TEM以及RamaIl等对所制备的纳米碳管进行了表征。无压渗透法制备金属基复合材料存在的最大的困难是增强体与金属基体的浸润性问题。就本实验而言，最大的困难是CNl's／舢系统的润湿性差，导致熔融的铝液很难渗透进入增强材料中。为使渗透容易发生，本文主要采取了以下措施：1)在增强体中加入适量的Mg粉；2)加热过程中维持管式炉中有足够的氮气；3)提高渗透温度。复合材料的制各过程如下：首先将球磨好的预制粉末压制成块，然后在氮气流中将铝合金块和增强预制体加热至800℃，保温5小

3、时，制备出CNTs增强的复合材料。用Ⅱ!M、sEM、Ⅺ①和EDs测定了材料的成分和微结构，并系统地分析了无压渗透的影响因素和机理。研究结果表明，Mg能通过消耗预制块中颗粒与颗粒之问微小孔洞中的N：、反应浸润和破坏氧化铝膜等机制改善～液和增强体之间的浸润性。通过复合材料硬度测量和摩擦磨损实验，研究了不同纳米碳管质量分数对复合材料的硬度及摩擦磨损性能的影响。并用SEM观察复合材料断面的形貌。实验结果显示，纳米碳管均匀地分散于复合材料中，并且与铝基体结合良好；由于纳米碳管本身具有润滑作用，因此纳米碳管的加入使复合材料的摩擦系数和磨损率都随着

4、纳米碳管含量的增加而减少。关键词：纳米碳管；铝基复合材料；无压渗透；摩擦磨损⑧浙江大学硕士学位论文闵春燕2006年5月AbstractAluminumcompositesrcinforcedwithcarbonnanotubeshaVeaVerygoodandattentjVeappljcatjonperspecliVe．njsHndofcomposjtesfabfjcatedbytheinc0IporatioⅡofreinforcementCNlbaIldAlhasVeryexcelIempropeniesthatdoesnotex

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6、aracterjzedbythesimpjepmcessandJowcost．Wbfab“catedCNl苦／A1compositcsusingthismethodinthjsstudyandexploredtheprocessconditionthatthemoltenAlinfiltmtedintotheprefo加．Inthemeantimewestudiedthetribologicalandwearpmpertiesofmesecomposjtcs．Inthispaper'CVDmethodwasusedtofalbrica

7、temulti-carbonnanotubes．Inorderto珊aketheCNrSbecomemorcdjsperse，ultrasonicmachinewasusedbeforemjlljng．hIthes锄etjmefheCNBwerejnVes“gacedbySEM、TEMandRaman．T1lebiggestproblemoftlIemetalmatrixcomposjtesfabricationusingpressurclessinfiltrationisthewettingbetweenreinforcemeⅡta

8、Ildmetalmatrix．hthisexperimentchemostdjfficulcjschebadwet血gjnthe帆／AJsystem．ThjsproblemIedt0thehardinfiltration