粉末冶金法制备的碳纳米管增强镁基复合材料的微观组织及力学性能研究

以粉末冶金法制备的碳纳米管增强镁基复合材料为研究对象,利用扫描电子显微镜等手段对其微观组织进行表征,并采用力学性能测试方法对其力学性能进行测试和分析。结果显示,加入适量的碳纳米管可以有效地提高镁基复合材料的力学性能,同时也能够改善其微观组织结构。本研究为镁基复合材料在工业应用中的推广和发展提供了一定的理论依据和实验基础。

片状粉末法制备碳纳米管/铝复合材料的组织特征及性能调控

本文利用片状粉末法中片状铝粉末大比表面积优势,结合粉末冶金法成功制备了碳纳米管/铝复合材料,实现了碳纳米管的低结构损伤和在铝基体中的良好分散。但片状铝粉表面自发生成的氧化铝薄膜阻碍了碳纳米管与铝的直接结合。由于粉末冶金低的制备温度,这种碳纳米管-氧化物-铝之间难以形成强的化学键合,复合材料在拉伸后直接在混合界面上破坏,导致复合材料相比基体合金强度不增反降。通过增加片状粉末厚度进而减小其表面的氧化物以及结合添加镁元素的方法,大幅增加界面结合强度,复合材料的屈服强度和抗拉强度相比基体出现高效提升。

原位纳米粒子增强Al基复合材料的微观组织及高温力学性能

以纳米TiO_(2)为添加相,按一定比例添加B_(2)O_(3)和H_(3)BO_(3),采用高能球磨和粉末冶金法相结合的方法制备了体积分数为4%的纳米氧化物粒子增强Al基复合材料,最后在723 K的条件下以16∶1的挤压比制备了复合材料棒材。结果表明,经过4 h的球磨后,可以实现纳米氧化物在Al基体中的弥散分布;经过893 K的真空热压后,添加相与Al基体发生原位化学反应并生成了Al_(2)O_(3)等。当Ti与B物质的量比为1.0∶1.5时,复合材料的力学性能最优;同时,当B元素的先驱体化学成分不同时,复合材料的力学性能差异显著;TiO_(2)+H_(3)BO_(3)/Al在室温和623 K下的拉伸强度分别为507.7 MPa和151.3 MPa,展现出最高的室温力学性能;TiO_(2)+B_(2)O_(3)/Al在室温和623 K下的拉伸强度分别为353.7 MPa和167.1 MPa,展现出最佳的高温力学性能。

铝基复合材料激光粉末床熔化增材制造研究现状

采用激光粉末床熔化技术制备铝基复合材料在航空航天、军工、交通运输等领域显示出了深远的研究前景,向铝合金引入纳米增强体的种类、引入方式以及含量对铝合金可打印性、组织、力学性能产生的影响是学者们的关注热点。本文主要总结分析了TiB2、石墨烯、TiC纳米增强体对激光粉末床熔化技术制备铝合金的晶粒形态、晶粒尺寸、相对密度、可打印性和力学性能的影响,进行了不同纳米增强体对打印态铝合金力学性能影响的对比,分析得出以TiB2为代表的纳米增强体能够提升打印态铝合金的强度、塑性,使其具有良好的综合力学性能,最后提出了该研究领域在未来的进一步发展趋势。

粉末冶金CNTs增强铝基复合材料的界面设计与性能调控研究进展

碳纳米管(CNTs)增强铝基复合材料(AMCs)因综合了铝基体和CNTs的优异特性,而具有高的比强度、比模量及优良的耐蚀性和导电导热等功能特性,近年来在快速发展的航空航天、轨道交通及汽车构件轻量化等领域展现出广阔的应用前景。然而在CNTs增强AMCs的研究中面临着CNTs不易分散均匀、与铝基体间的润湿性较差、Al-CNTs易发生界面反应生成易水解的Al4C3硬脆相等瓶颈问题。如何解决CNTs分散均匀性的同时,抑制有害界面反应并改善其界面润湿性和界面结合,促进CNTs在AMCs中强化效果的充分发挥已成为该领域目前的主要研究方向。本文梳理并综述了近年来国内外研究人员针对上述问题所提出的解决思路,从界面设计角度总结分析了不同界面调控策略对复合材料界面结合、界面反应以及力学性能的影响,为基于界面结构设计的CNTs增强AMCs的组织与性能调控提供了实验和理论参考。

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。

单壁纳米碳管/纳米铝基复合材料的增强效果

用半连续氢电弧法和活性氢等离子蒸发法分别制备出单壁纳米碳管(SWNTs)和纳米Al粉体,然后用提纯后的SWNTs和纳米Al粉体制备出SWNTs含量(质量分数)分别为0、2.5％、5.0％、7.5％和10.0％的单壁纳米碳管/纳米铝基块体复合材料。SWNTs对高强度纳米Al基体具有显著的增强作用,当SWNTs含量小于5.0％时,材料的硬度随着SWNTs含量的提高线性上升。其中5％SWNTs和纳米Al的复合增强效果最好,其硬度可达2.89GPa,大约是粗晶Al(0.15GPa)的20倍。当SWNTs含量超过5.0％时,增强效果开始缓慢的下降。讨论了单壁纳米碳管增强纳米铝基复合材料的强化机制。

氮掺杂碳纳米管/铝基复合材料的制备及性能

采用化学气相沉积法合成出氮原子掺杂的碳纳米管,再将其与铝基体进行复合制备出碳纳米管/铝基复合材料。运用TEM和XPS研究氮掺杂碳纳米管的结构形貌和掺杂形态,并对碳纳米管/铝基复合材料的力学和电学性能进行研究与分析。结果表明:碳纳米管呈现出竹节状周期性多层结构,且成功掺杂氮原子。与纯碳纳米管相比,基于氮掺杂碳纳米管的铝基复合材料具有更高的抗拉强度和电导率。由于氮原子的引入,改善了碳纳米管的分散度和浸润性,提升了其电子传递效率,从而更有利于其在金属基复合材料中的应用。

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％。

粉末冶金法制备纳米碳管／铝复合材料的力学性能

采用粉末冶金法制备纳米碳管/铝基复合材料,研究不同质量分数纳米碳管对复合材料力学性能的影响。通过X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对复合材料及其断口进行分析。结果表明,纳米碳管能细化复合材料的晶粒组织,明显提高复合材料的硬度和抗拉强度。含质量2%纳米碳管复合材料的硬度和抗拉强度达到54HV和121.5MPa,分别比铝基体提高了约80%和28%。复合材料的断口形貌显示,纯铝的断裂方式为微孔聚集型韧性断裂,而2%CNT/Al复合材料具有微孔聚集型和解理型脆性断裂的混合特征。

SiC和SiO2纳米颗粒弥散强化铜基复合材料的制备和性能研究

采用粉末冶金法制备了不同含量的纳米SiC和SiO2颗粒增强的Cu基复合材料．研究了增强相含量对铜基复合材料性能的影响，比较了n-SiC和n-SiO2对铜的增强效果。结果表明，n-SiO2和n-SiC颗粒较少含量较少时在基体中分布较为均匀，团聚较少；随着复合材料中n-SiC和n-SiO2质量分数的增加，材料的密度降低，电阻率升高，而硬度先升高后降低；两种复合材料的软化温度都达到700℃以上，远远高于纯铜的软化温度（15012），提高了材料的热稳定性；颗粒含量相同时，n-SiC的对铜基体的增强效果要优于n-SiO2。

粉末冶金法制备镁基复合材料的力学性能和增强机理研究

为了探讨MWNTs对镁基复合材料力学性能的影响和增强机理,采用粉末冶金的方法制备了多壁碳纳米管增强镁基复合材料,对其力学性能进行了测试,并对显微组织进行了观察和分析。结果表明:碳纳米管在基体中呈束状分布,没有出现团聚现象;MWNTs与镁基之间并没有反应发生,碳纤维与镁基体并未在界面处形成碳镁化合物;它们之间是无任何化学作用的机械结合;复合材料的硬度随着MWNTs含量的增加而增加,强度也相应提高;镁基复合材料的强化主要来自增强体的强化作用、细晶强化和析出强化。

纳米碳管增强纯铝基复合材料的制备及性能

将采用电弧放电法制备的未纯化和纯化的CNTs作为增强体与纯铝粉混合,用粉末冶金法成功制备了1%纳米碳管增强铝基复合材料。力学性能测试表明,未经纯化的纳米碳管对基体增强效果甚小;而纯化的纳米碳管增强效果较为明显,1%纯化纳米碳管增强铝基复合材料力学性能高于10%微米碳化硅强化铝基复合材料,证实添加的纯化纳米碳管对铝基体有良好的强化效果。

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％。

原位碳纳米管/铝基复合材料的制备与力学性能

采用片状粉末冶金技术制备碳纳米管/铝(CNT/Al)复合材料,并研究其力学性能。首先,通过聚合物热解化学气相沉积法(PP-CVD)在微纳铝片表面原位生长碳纳米管制备CNT/Al片状复合粉末,随后对该片状复合粉末进行冷压成形、烧结致密化和挤压变形加工等,制备致密的CNT/Al复合材料块体。实验结果表明,相比铝基体,所制备的1.5%CNT/Al复合材料抗拉强度和模量分别提高了18.5%和23.7%,3.0%CNT/Al复合材料抗拉强度和模量分别提高了31.4%和74.1%,但由于铝基体的细晶强化和位错强化作用,使其塑性分别下降至4.96%和1.5%。

碳纳米管增强2024Al基复合材料的组织与性能

通过高能球磨和粉末冶金的方法制备了不同质量分数的碳纳米管(CNT)增强2024A1基复合材料。分析了该复合材料的微观结构、力学性能以及混合粉末的变化。结果表明,高能球磨可使CNT较均匀地分散到2024A1基体中。当CNT为2wt%时,该复合材料的力学性能达到了最优值,其中屈服强度相对于2024A1基体提高了20.28%;当CNT为3wt%时,在基体中形成了大量的团聚,该复合材料力学性能大幅下降。

机械合金化制备纳米TiC增强Ti基复合粉末

采用机械合金化法制备了纳米TiC增强Ti基复合粉末,通过XRD、SEM、TEM和EDS分别表征粉末的物相、形貌、晶体结构和元素分布,探索球磨转速、球料比及球磨时间对复合粉末物相形貌的影响。结果表明:当球磨转速达到300 r/min以上、球料比达到20∶1以上时,球磨效率无明显差异。球磨时间达到10 h,粉末中TiC物相明显;继续延长球磨时间至20 h,得到纳米级TiC增强相。在300 r/min球磨转速、20∶1球料比、20 h球磨时间条件下,可得到纳米TiC增强Ti基复合粉末,粉末中部分区域呈非晶态,大量纳米TiC颗粒弥散分布于粉末中。

碳纳米材料增强钛基复合材料研究进展

碳纳米材料(carbon nanomaterials)具有优异的力学、导热、导电等性能,且强度、模量与导热率远高于现有金属材料,是金属基复合材料增强体的最佳选择之一。将碳纳米材料和钛合金复合,通过调整碳纳米增强相的含量和分布等,有望大幅提高钛基体的力学强度、导电、导热等性能,获得性能优异的结构功能一体化材料。然而,碳与钛化学相容性差,成型过程中二者易发生化学反应,导致碳纳米增强相结构被破坏。因此,如何调控碳纳米增强相与钛基体之间的界面反应成为提升复合材料性能的关键。基于此,综述了利用粉末冶金法制备碳纳米材料增强钛基复合材料的国内外研究进展,介绍了制备纳米碳-钛复合材料的成型工艺,并探讨了其界面结构和性能;最后总结了纳米碳-钛复合材料现阶段的突出问题和可能的解决方案,并展望了未来纳米碳-钛复合材料的发展方向。

纳米结构硅基粉末与复合物

近10年来，纳米相材料科学已成为固体物理学、化学和材料科学领域中一个非常重要和活跃的分支。纳米材料的特征长度(粒子直径，即粒径)小于100nm，因而人们应用纳米粒子的目的在于利用其不同于粒状材料性质(约束效应)的特性。首先纳米材料用作了催化剂和颜料，但其力学、光学。

纳米碳化硼和氮化硼复合增强碳氮化钛基金属陶瓷材料及其制备工艺

本发明公开了一种纳米碳化硼和氮化硼颗粒复合增强碳氮化钛基金属陶瓷材料，在以碳氮化钛Ti（C，N）为主相，以镍、钴为粘结相的基体材料中添加增强相．该增强相为纳米碳化硼和纳米氮化硼颗粒．该增强相的添加量为金属陶瓷材料原料质量的0．5%～8．0％．该金属陶瓷材料的制备工艺流程为：按组分配比配制原料粉末→混料→加入成型剂→湿磨→过筛→干燥→压制成型→真空／氮气压力烧结一金属陶瓷材料。本发明所述材料可明显提高材料的硬度、抗弯强度和韧性，适用于各种切削刀具材料．且工艺简单．便于批量化生产。