碳纳米管增强铝基复合材料界面与晶粒调控研究进展

随着碳纳米管增强铝基复合材料制备工艺的不断完善,碳纳米管的难分散问题被妥善解决,复合材料的强度有所提高,但复合材料的高模量、高强度没有得到充分利用,并出现“强度–塑性”倒置现象。本文总结了近年来对碳/铝复合材料界面结构、晶粒结构与复合构型设计的调控手段,讨论了界面结构强度对碳纳米管载荷传递效率的影响,分析了出现倒置现象的原因,并针对复合材料塑韧性差的问题,提出了调控思路,为制备强度高、韧性强的碳纳米管增强铝基复合材料提供依据。

碳纳米管增强铝基复合材料的界面特性及增强机理研究进展

碳纳米管以其独特的结构和优异的性能被认为是复合材料的理想增强相,其增强效果受其在基体中的分散性能、与基体的界面结合状态等诸多因素的影响。在碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法和基本性能研究现状基础上,从界面结合状态对其基本性能的影响和一些改善界面结合的方法,以及碳纳米管的增强机理等几个方面综述了碳纳米管增强铝基复合材料的发展现状。

碳纳米管增强铝基复合材料的制备及其力学性能表征

利用高速剪切和球磨相结合的工艺,用石蜡辅助分散,制备得到碳纳米管(CNT)/铝复合粉体,随后采用常压烧结与大气热压相结合的工艺成型,最后经过热挤二次加工制备得到CNT增强铝基复合材料。结果表明,采用石蜡辅助的球磨混合分散工艺能显著改善CNT在基体中分布的均匀性,常压烧结后大气热压能显著提高材料致密度,达到类似热压烧结的效果,使材料力学性能显著提高;随着CNT含量的增加,复合材料的拉伸强度和布氏硬度逐渐升高,当CNT质量分数增加到2.0%时达到最大值,分别为245MPa和106.66N/mm2。

碳纳米管增强铝基复合材料研究进展

概括碳纳米管增强铝基复合材料的分散技术和制备方法,详细介绍粉末冶金法的工艺过程,总结了碳纳米管的添加对复合材料的力学、电学、热学和摩擦磨损性能影响的研究进展,并对其规模化制备与应用进行展望,揭示出碳纳米管/铝复合材料的良好应用前景及当前存在的问题。

球磨工艺对原位合成碳纳米管增强铝基复合材料微观组织和力学性能的影响

将原位化学气相沉积法合成的碳纳米管(CNTs)与铝的复合粉末进行球磨混合,进而粉末冶金制备CNTs/Al复合材料,研究球磨工艺对复合材料的微观组织和力学性能的影响。结果表明:球磨过程中不添加过程控制剂所得到的复合材料力学性能优异;随着球磨时间的增加,CNTs逐步分散嵌入铝基体内部,复合材料的组织也变得更加致密均匀。CNTs/Al复合材料的硬度和抗拉强度均随球磨时间的延长持续增加,但是伸长率先增后减。经90min球磨的CNTs/Al复合材料展现了强韧兼备的特点,其硬度和抗拉强度较原始纯铝提高了1.4倍和1.7倍,并且具有17.9%的高伸长率。

碳纳米管增强铝基复合材料的研究进展

介绍了碳纳米管增强铝基复合材料的研究现状,通过对比不同制备工艺以及碳纳米管增强铝基复合材料的抗拉强度、硬度、伸长率等力学性能,总结了粉末冶金法、高能球磨法、热喷涂法以及其它新技术的优缺点,同时阐述了复合材料制备过程中存在的问题及解决方法;此外还介绍了碳纳米管的强化机制;最后讨论了碳纳米管增强铝基复合材料未来的发展方向和研究重点。

碳纳米管增强铝基复合材料的设计与研究

碳纳米管具有独特的结构、超强的力学性能、稳定的化学性能和极高的长径比 ,是制备复合材料的理想增强体。评述了碳纳米管增强铝基复合材料的性能和应用研究的动态。详细讨论了该复合材料的合金化和界面特性 。

铜包覆多壁碳纳米管增强铝基复合材料的制备及力学性能

采用化学镀的方法在碳纳米管表面镀覆一层铜纳米颗粒，旨在改善其与铝基体之间界面结合性能，从而提高复合材料最终的力学特性，用常压烧结与高温模压、热挤加工相结合的工艺制备碳纳米管增强铝基复合材料，通过X线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等对经过表面化学镀的碳纳米管粉末和复合材料的结构与性能进行表征测试。结果表明：随着碳纳米管质量分数的增加（0～4．0％），复合材料的硬度逐渐上升，抗拉强度先升高后下降；当质量分数为3．5％，分别可达到207．74HB和453．84MPa，比纯铝提高了230．6％和326．9％，相比不经任何处理直接添加碳纳米管制备的复合材料提高了47．5％和23．55％。

超声波焊接制备碳纳米管增强铝基复合材料

采用超声波焊接方法制备碳纳米管增强铝基复合材料,并对其表面形貌及力学性能进行分析和测试,研究了试样表面处理状态、焊接时间以及焊接压力等工艺参数对复合材料剥离力和硬度的影响.结果表明:碳纳米管能够较好地嵌入于基体材料中,并且与基体界面结合良好;碳纳米管对铝基复合材料具有较好的增强效果,可以提高复合材料的力学性能.

碳纳米管增强铝基复合材料的制备及摩擦磨损性能

采用粉末冶金常压烧结与高温模压和热挤压相结合的工艺制备了碳纳米管增强铝基复合材料，以探索复合材料的低成本制备技术。采用扫描电镜、万能材料试验机和摩擦磨损试验机研究了碳纳米管的添加量对复合材料力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明，随着碳纳米管含量的增加（质量分数0～2％），复合材料的硬度逐渐升高，抗拉强度先升高后下降。当碳纳米管含量为1．5％时抗拉强度达370 MPa，硬度和抗拉强度分别比纯铝提高了433％和236％。当碳纳米管含量为2％时，复合材料的摩擦因数和磨损量分别比纯铝降低了63％和14％。

碳纳米管增强铝基复合材料重熔后的凝固组织研究

在搅拌摩擦加工制备不同含量碳纳米管增强铝基(CNTs/Al)复合材料的基础上,研究了重熔温度、重熔次数及冷却方式对复合材料凝固组织的影响。结果表明:相比于基体合金,由于CNTs的介入,重熔后复合材料晶界析出物明显增多,CNTs在晶界处富集,且随CNTs含量的增加,晶粒逐步细化。重熔后,复合材料晶粒明显粗化,在800℃重熔时得到均匀细小的(α)Al相枝晶。重熔次5次时,(α)Al相枝晶又呈细小和圆整态,共晶组织分布趋于均匀。

碳纳米管增强铝基复合材料的热轧强化研究

为进一步强化碳纳米管增强铝基复合材料获得,通过热轧方法对复合材料进行再加工,在研究并优化热轧工艺的基础上,分析了热轧对复合材料微观结构和拉伸性能的影响。结果表明:350℃轧制温度、80%变形量及4道次热轧有利于获得成形良好、力学性能高的复合材料;热轧促使碳纳米管沿轧制方向取向,有利于发挥碳纳米管一维纳米材料的优势,实现复合材料的进一步强化。

碳纳米管增强铝基复合材料制备及性能研究

采用真空热压烧结法制备碳纳米管与Si O2多相增强铝基复合材料,测量复合材料的体积密度,根据其理论密度计算其致密度;再对制得的复合材料进行硬度、抗压强度、抗剪强度等力学性能测试,并观察样品的剪切断口微观形貌,研究CNTs对复合材料力学性能的影响。低含量的碳纳米管由于其在铝基体中的分散性及弥散度较好,作为第二相增强相,所制备的铝基复合材料的致密度、硬度、抗压强度与剪切强度均优于高含量碳纳米管增强铝基复合材料。CNTs的含量、以及其在铝基体中的弥散度是影响铝基复合材料力学性能的关键因素。

碳纳米管增强铝基复合材料的研究现状

描述了碳纳米管和碳纳米管增强铝基复合材料的基本特征,讲述了碳纳米管铝基复合材料的制备方法和制备过程中存在的问题及解决方法。最后对碳纳米管增强铝基复合材料今后的研究动向进行了分析。

碳纳米管增强铝基复合材料制备技术进展

通过对比工艺方法和材料力学性能,总结了球磨混合、大塑性变形、热喷涂、纳米尺度分散、原位生成以及片状粉末冶金等主要制备技术的优缺点,并结合当前制备过程中的主要问题,讨论了碳纳米管/铝复合材料未来的发展方向。

碳纳米管增强铝基复合材料的界面研究进展

碳纳米管以其稳定的结构、优异的力学性能,成为复合材料的理想增强相。其增强效果受多方面因素影响,界面是决定其增强效果的关键因素之一,也是金属基复合材料的研究重点。简要介绍了碳纳米管增强铝基(CNTs/Al)复合材料的界面结合机制及界面对复合材料性能的影响,评述了热膨胀系数、制备方法、碳纳米管纯度等多种因素对CNTs/Al复合材料界面的影响,并提出了改善界面的方法。

碳纳米管增强铝基复合材料界面控制研究进展

碳纳米管被认为是下一代最理想的铝基复合材料增强相,其与铝基体的界面结合情况是影响复合材料性能的重要因素之一。介绍了碳纳米管与铝基体界面反应条件以及界面反应产物对复合材料性能的影响,从碳纳米管表面金属包裹、碳纳米管表面化学键的修饰、制备工艺参数等方面综述了界面优化的方法,并讨论了界面优化对碳纳米管增强效率的影响。

数值模拟碳纳米管增强铝基复合材料的力学性能

本文根据连续介质理论,采用代表性体积元的方法计算了碳纳米管增强铝基复合材料的力学性能。使用有限元软件ABAQUS对代表性体积元模型进行分析,研究了不同碳纳米管体积分数对复合材料弹性模量、屈服强度、泊松比及剪切模量的影响。结果表明碳纳米管体积分数对复合材料力学性能有显著影响,随着碳纳米管体积分数的增加,复合材料的弹性模量、屈服强度及剪切强度都明显提高,泊松比略有下降。

采用粉末冶金与热轧技术制备的碳纳米管增强铝基复合材料的组织和性能研究

采用粉末冶金与热轧相结合的技术制备了碳纳米管增强铝基复合材料。研究了碳纳米管含量对复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,碳纳米管的加入明显提高了复合材料的硬度和抗拉强度。碳纳米管含量为1.5%(质量分数)的复合材料的硬度和抗拉强度达到了93.33 HB和298.23 MPa,比铝基体分别提高了约15.4%和33.4%。复合材料的断口形貌显示,纯铝的断裂方式为韧性断裂,CNTs/Al基复合材料的断裂方式为脆性断裂。

碳纳米管增强铝基复合材料分散方法研究进展

碳纳米管与铝基体的结合,可以获得导电和导热性良好及综合力学性能优异的复合材料,有望成为新一代轻质高强、结构功能一体化的复合材料。在制备碳纳米管增强铝基复合材料过程中,碳纳米管的团聚将降低界面结合,诱发缺陷产生,导致性能大幅下降,因此,调控优化碳纳米管的分散状态、含量成为获取良好界面结合,获得高性能碳纳米管增强铝基复合材料的关键。基于此,综述了国内外均匀分散碳纳米管的方法,通过物理作用、化学作用和物理化学共同作用的方式进行分类,并详细介绍了高能球磨、摩擦搅拌、化学气相沉积、湿法球磨等主要的碳纳米管在铝基体中的分散方法。分析了不同分散方法的特点及其分散效果,最后总结了分散过程中存在的分散效果、缺陷的平衡、大长径比、高含量碳纳米管分散及分散评价方法等关键问题,并展望了未来在铝及其合金基体中碳纳米管分散方法的发展方向。