碳纳米管增强铜基复合材料的制备与研究

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1、.目录第一章绪论31．1引言31．2碳纳米管的研究现状31．2．1碳纳米管的结构31．2．2碳纳米管的制各41．2．3碳纳米管的表面修饰61．3金属基复合材料概述81．3．1金属基复合材料的性能91．3．2金属基复合材料的分类91．3．3金属基复合材料制造方法111．3．4金属基复合材料的界面171．3．5铜基复合材料简述201．4碳纳米管复合材料的研究现状211．4．1碳纳米管金属基复合材料211．4．2碳纳米管聚合物基复合材料221．4．3碳纳米管陶瓷基复合材料研究概况231．4．4碳纳米管基复合材料241．5磨损的分类251．5．1磨料磨损261．5．2粘着磨损261．5．3

2、腐蚀磨损271．5．4接触疲劳磨损281．6本论文工作的主要内容与意义29第二章碳纳米管的表面镀铜292．1概述292．2碳纳米管的表面处理302．2．1碳纳米管表面处理工艺流程302．2．2纯化312．2．3粗化312．2．4敏化33..2．2．5活化332．2．6还原342．3碳纳米管表面化学镀铜352．3．1碳纳米管表面化学镀铜352.3.2碳纳米管镀铜结果与分析362．4小结38第三章碳纳米管增强铜基复合材料的制备383．1概述383．2粉末冶金法制备碳纳米管增强铜基复合材料393．2．1T艺流程393．2．2混料393．2．3压坯393．2．4烧结403．2．5复压、退火

3、403．3碳纳米管增强铜基复合材料的密度／致密度测试413．4小结42第四章碳纳米管增强铜基复合材料的力学性能424．1硬度测试424．2抗拉强度测试434．2．1拉伸实验方法434．2．2拉伸实验结果与分析444．3小结46第五章碳纳米管增强铜基复合材料的磨损性能475．1概述475．2实验设备与方法475．3实验结果与分析485．3．1碳纳米管体积分数对比磨损率的影响505．3．2滑动速率对比磨损率的影响525．3．3载荷对比磨损率的影响535．4小结53第六章54..6．1概述546．2碳纳米管增强锡青铜基复合材料的性能546．2．2摩擦磨损性能测试556．3小结56第一章绪

4、论1．1引言复合材料具有刚度大、强度高、重量轻等优点。碳纳米管作为一种新型碳材料，其优异的力学性能，成为复合材料理想的增强体。本文以纯铜作为基体，将碳纳米管CNT与其复合，制备出具有良好力学性能和摩擦学性能的碳纳米管增强铜基复合材料。1．2碳纳米管的研究现状碳纳米管(CNT)自1991年由日本学者ligima博士在高分辨透射电镜下发现以来，便以其特有的力学、电学和化学性能以及独特的准一维管状分子结构等特性。其应用研究己涉及到复合材料、纳米电子器件、电池、超级电容器、场发射显示器、量子导线板、电子枪及传感器和显微镜探头、贮氢材料等领域1．2．1碳纳米管的结构1991年，日本的ligi

5、ma博士用真空电弧放电蒸发石墨电极，对阴极沉积物进行高分辨电镜进行观察时，在沉积物中发现具有纳米尺寸的碳的管状物——碳纳米管。碳纳米管是由单层或多层石墨平面卷曲而成的无缝管状结构，管壁一般由碳六边形环构成。此外，还有一些五边形碳环和七边形碳环可以使碳纳米管顶端封闭或发生弯曲。根据管壁层数的不同，可将碳纳米管分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管的管径一般为几到几十纳碳纳米，长度约几到几百微米。..1．2．2碳纳米管的制各碳纳米管的制各是对其研究与应用的前提。碳纳米管的大批量制各工艺是在1992年获得突破的，这使得碳纳米管的合成更容易，产量更高。大批量碳纳米管的合成和提纯，给碳纳米

6、管物理化学性质的研究提供了可能性。碳纳米管的制备方法主要有三种：石墨电弧法、激光烧蚀法、化学气相沉积法。1．2．2．1石墨电弧法石墨电弧法是最早、最典型的碳纳米管制备方法。该方法主要以掺有过渡族金属或氧化物为催化剂的石墨为电极，在惰性气体环境中，电弧放电，阳极石墨被蒸发消耗，同时在阴极石墨上沉积碳纳米管。其生长机理被认为是：在电弧放电条件下，两电极间充满浓度很高的等离子体，对两电极空间起屏蔽效应。阳极由于受到电子轰击和等离子体辐射，其温度很高(比阴极要高)，蒸发石墨电极而形成自由碳原子，在温度低的阴极表面上沉积。阴极表面较高的电压产生的电场对碳管的开口生长起稳定作用并诱导碳纳米管生

7、长。当电流局域受到扰动变化时，就导致了五边形环和七边形环的出现，因而形成弯曲或封闭端。电弧法具有简单、快速的特点，而且制得的碳纳米管较直、较细，但由于电弧温度高，碳纳米管容易烧结成束，难于分离和提纯。..1．2．2．2激光烧蚀法激光蒸发石墨法是在惰性气氛中利用激光的高能量蒸发含有金属催化剂的石墨靶来获得碳纳米管。该方法中碳纳米管的生长原理是石墨在激光作用下产生大量的碳原子簇和碳原子簇碎片，其中环状碳原子簇的原始结构决定了碳纳米管的管状结构，以某一碳原子环簇为起点结构，