材料制备技术－朱子恒.ppt

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1、高能球磨法制备的碳纳米管增强铝基复合材料的微观组织和力学性能主讲人：朱子恒学号：127217271、简介2、实验内容3、实验结果与分析4、结论1、简介传统上，铝基复合材料采用SiC，Al2O3等陶瓷粒子作为增强相。在这次报告里，一种纳米尺度的新型增强相—碳纳米管（CNT）将被使用。CNT是由单层或多层碳六边形平面网卷曲而成的无缝纳米管材料，其杨氏模量高达1800GPa,约为钢的100倍，而密度仅为钢的1/6，同时又具有优良的导热性能。高能球磨法可通过钢球高速撞击产生的剪切力使CNT有效的分散到Al粉中，

2、从而使CNT的增强效果得到充分发挥。2、实验内容2.1实验材料基体材料：Al粉平均直径为13μm，纯度为99.5%增强体：CNT直径为10-20nm，长度>5μm2.2实验器材1SP-12型行星球磨机SUPRA35场发射扫描电镜Axiovert200MAT金相显微镜TecnaiG2F20高分辨透射电镜D/max2400X射线衍射仪JYLabranHR800Raman光谱仪2.3实验步骤将不同体积分数（0，0.75%，1.5%和3%）的CNT与Al粉混和高能球磨（6h，球料比8：1，转速300r/min）

3、混合粉保温热压（560°C，1h）复合材料热压锭挤压成棒材（450°C）3、实验结果与分析3.1CNT的分布长时间的高能球磨使初始球形粉末转变成片层结构1、当CNT含量为0.75%和1.5%时,CNT几乎全部嵌入到Al粉。2、当CNT含量增加到3%时，大量CNT黏附在Al粉表面。3%CNT/Al复合材料中可观察到黑色区域，此为CNT的团聚所致粒子团聚模型当增强体充满Al粉颗粒后，就会加剧增强体的团聚，此时体积分数为临界体积分数Vcritical。式中，λ为Al片层CNT的最大填充率，D0/d0为原始Al

4、粉和CNT的直径比，S为片状Al颗粒的径高比。当CNT单层铺满Al粉颗粒表面，添加量超过临界体积分数后，就会产生团聚现象。3.2CNT/Al复合材料的微观结构一般认为IG/ID越大，CNT的结构越完整，石墨化程度越高。球磨6h的CNT的IG/ID较原始态CNT略有降低。当少量的CNT结构受到破坏时，产生少量的Al4C3。复合材料中碳化物的量很少，对复合材料的性能不会产生明显影响。3.3CNT/Al复合材料的力学性能和断口分析CNT的体积分数增加到1.5%时，复合材料的屈服强度和抗拉强度随之增加，继续增加

5、CNT含量到3%时，强度显著下降到与Al基本相当的水平。1、当CNT含量为0.75%和1.5%时，CNT在Al基体中均匀分散，并与基体结合很好。2、当CNT含量增至3%时，在复合材料断口上观察到较多CNT团聚。a、CNT团聚破坏，与Al基体结合较好，没有微孔。b、Al基体晶粒细小，沿挤压方向呈长条状。强化机制式中，σ为CNT/Al复合材料胡屈服强度；d为晶粒尺寸，近似为晶粒的宽度，m为CNT的长径比；Vf为体积分数；σ0是晶格摩擦力，k是Hall-Petch斜率。4、结论高能球磨可以将CNT有效、均匀地

6、分散到Al粉中，但随着CNT含量的增加，均匀分散效果下降，当CNT含量为3%时，粉末表面存在大量未能嵌入到Al粉中的CNT。微观结构分析表明，经过6h球磨制备的1.5%CNT/Al复合材料中，CNT得到了均匀分散，仅有少量脆性相Al4C3形成。当CNT含量为1.5%时，复合材料的强度达到了最高值，屈服强度为164.8MPa，比同样工艺下制备的Al基体提高了53.6%，其强化机制主要归因于载荷传递和细晶强化。ENDThanksforyourattention!