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。

石墨烯和碳纳米管增强铜基复合材料的研究进展

本文回顾了碳纳米管(CNT)和石墨烯(Gr)增强铜基复合材料的研究进展,探讨了这些复合材料的制备方法、性能提升机制及潜在应用前景。CNT和Gr因独特的物理化学特性,作为铜基复合材料的理想增强相,显著提升了材料的力学性能、导电性和热导率。首先回顾了铜基复合材料的传统制备技术,包括粉末冶金法和机械合金化法,随后介绍了新兴的化学气相沉积(CVD)和电沉积法,这些技术通过直接生长或电化学沉积实现更好的界面结合。对比分析了不同方法的优缺点,指出粉末冶金和机械合金化的成本较低但可能引起增强相分布不均,而CVD法虽能制备高质量材料但成本较高且环境影响敏感。进一步分析了CNT和Gr在铜基体中的分散性及界面结合对性能的影响,强调了良好分散性和强界面结合的重要性。在力学性能方面,CNT和Gr的分散性和界面结合对复合材料的强化机制起着关键作用,包括载荷转移、晶粒细化和Orowan强化等。此外,讨论了CNT和Gr增强铜基复合材料在耐腐蚀性、磨损性能及热管理等方面的应用潜力。尽管存在挑战,但这些复合材料在电力传输、电子器件和航空航天等领域显示出巨大应用前景。未来的研究将集中于微观结构控制、制备工艺创新和多功能复合材料开发,以实现更高性能的工业应用。

聚苯乙烯/碳纳米管/纳米黏土导电复合材料的制备及性能

为了考察纳米黏土(NC)的引入对碳纳米管(CNTs)在聚苯乙烯(PS)树脂基体中分散的影响,使用NC作为非导电填料,通过熔融共混工艺制备了PS/CNTs/NC导电复合材料,探讨了NC与CNTs的含量及密炼时间对PS/CNTs/NC复合材料导电性能和力学性能的影响规律。扫描电子显微镜分析表明NC的加入减少了CNTs在PS基体中的团聚现象,并促使CNTs在较低添加量下形成了导电网状结构。复合材料的电阻率表征结果表明,在相同的CNTs含量下随着复合材料中NC含量的增加,体系电阻率呈现出逐渐减小趋势,并且在低CNTs添加量下,NC的引入促使体系电阻率降低的现象更明显,随着密炼时间的增加,体系电阻率呈现进一步减小的现象;力学性能表征结果表明,PS/CNTs/NC复合材料的拉伸性能总体上随着CNTs和NC含量的增加而增大,并且随着密炼时间的增加,复合材料拉伸强度最高可增加50.2%。NC与CNTs的质量比为1∶1时,可获得具有良好导电性能的复合材料。

镁/碳纳米管(CNTs)复合材料的力学性能初探

用搅拌铸造法对CNTs增强镁基复合材料的室温拉伸断裂与强化机理进行了研究。结果表明,复合材料的力学性能得到了很大的提高,加CNTs起到了增强效果。

粉末冶金制备碳纳米管增强铜基复合材料研究进展

碳纳米管具有优异的力学性能和导电、导热性能,作为增强体引入铜基体中有望开发出新一代高强、结构功能一体化的复合材料。然而,碳纳米管在铜基体中的分散性较差及其与铜的润湿性问题,成为制备碳纳米管增强铜基(CNTs/Cu)复合材料的主要挑战,并显著影响了复合材料的性能。本文对目前有关制备碳纳米管增强铜基复合材料的主要方法包括碳纳米管前期预处理方法、碳纳米管在铜粉末中分散的方法、复合材料的烧结方法进行总结,概述复合材料的力学性能、摩擦磨损性能以及导电导热性能的研究进展,并提出思考和展望,以便为制备CNTs/Cu复合材料研究提供参考。

碳纳米管增强镁基复合材料弹性模量的研究进展

为满足结构件对高弹性模量镁基复合材料的需求,寻找理想的增强相和探索适合的复合工艺是镁基复合材料的发展趋势,向镁合金中添加碳纳米管(Carbon nanotubes,CNTs)增强相,具有强化细晶、应力转移、位错和热残余应力等作用,有利于改善镁合金强度和弹性模量等力学性能。从CNTs增强镁基复合材料制备工艺以及CNTs对复合材料弹性模量的影响等方面,详细地介绍了近年来CNTs增强镁基复合材料弹性模量的研究进展,并对未来研究方向提出若干建议。

碳纳米管增强镁基复合材料的性能与微观结构

以纯镁作基体 ,多壁弯曲碳纳米管 (CNTs)作增强体 ,在氩气保护下 ,采用搅拌铸造的方法制成了碳纳米管增强镁基复合材料 ,对其力学性能进行了测试 ,用 TEM和 EDS方法对碳纳米管涂覆层的界面结构和成分进行分析 ,探讨CNTs与纯镁的复合机理及作用机制。试验结果表明 :CNTs的加入量不高时 ,CNTs对镁基材料具有较好的增强效果 ,复合材料抗拉强度和延伸率可同时得以提高 ,且经过涂覆处理的 CNTs的增强效果更明显。复合材料的抗拉强度比基体最高可提高 15 0 % ,延伸率比基体最高可提高 30 %。

碳纳米管增强复合材料Timoshenko梁弯曲和屈曲行为分析

考虑碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)的尺度效应,研究宏观尺度下碳纳米管增强复合材料(carbon nanotubes reinforced composites,CNTRCs)梁的弯曲和屈曲行为。在EMT(Eshelby-Mori-Tanaka)方法的基础上,利用非局部理论提出了可表征CNTs尺度效应的非局部EMT本构模型。根据Timoshenko梁理论,采用哈密顿原理得到CNTRCs梁的静力学微分方程和边界条件。求解简支边界条件下CNTRCs梁的弯曲响应和极限屈曲载荷,并与文献进行对比验证所建模型和求解方法的正确性。分析了CNTs的尺度效应参数和体积分数以及复合材料梁的长细比等因素对简支CNTRCs梁弯曲响应和极限屈曲载荷的影响规律。结果表明,考虑CNTs的尺度效应会削弱结构等效刚度,且CNTs体积分数和尺度效应参数对大长细比CNTRCs梁的弯曲响应和极限屈曲载荷的影响幅度较大。

碳纳米管增强镁基复合材料的研究现状及发展

综述了碳纳米管增强镁基复合材料的最新研究进展,介绍了国内外在该领域研究的主要制备方法,并对各种制备方法的优缺点进行了分析。阐述了目前碳纳米管增强镁基复合材料领域所面临的主要问题:如何使碳纳米管均匀分散在基体中;如何使碳纳米管与镁基体界面结合良好。讨论了碳纳米管增强镁基复合材料的主要动向,并展望了今后的发展。

碳纳米管增强镁基复合材料强化机制的解析法研究

采用剪切滞后模型理论分析了碳纳米管增强镁基复合材料受载时作用在复合材料上各组分的应力;考虑复合材料各种强化机制,建立碳纳米管增强镁基复合材料的屈服强度模型,研究了各组分性能参数对复合材料屈服强度的影响。结果表明,CNTs的长度对CNTs/Mg复合材料屈服强度的影响有限;碳纳米管层数越多或分散越稀疏越不利于提高复合材料的屈服强度;在一定范围内屈服强度随着温度差的增加而增加;CNTs的体积分数对复合材料屈服强度的影响存在最佳值。这表明该模型预测的复合材料屈服强度与实验结果较吻合。

水热条件下碳纳米管/硫氧镁化合物纳米复合材料的制备和表征

Carbon nanotubes / magnesium oxysulfates (MOS) nanocomposite was prepared under different hydrothermal conditions. The samples were characterized by SEM, TEM, XRD and TG. The results showed that carbon nanotubes and the magnesium oxysulfates could form nanocomposite under the hydrothermal reaction and the morphology of the MOS compound coated on the carbon nanotubes varied with different reaction conditions.

不同涂层碳纳米管对增强镁基复合材料力学性能的影响

采用化学镀的方法在用化学气相沉积法 (CVD)制备的一维多壁碳纳米管 (MWNTs)上化学镀镍、镍 锌处理 ,然后在氩气的保护下 ,采用搅拌铸造的方法与镁复合 ,制得碳纳米管增强镁基复合材料。在MTS电液伺服机上对其抗拉强度和伸长率进行了测试 ,同时 ,采用TEM和SEM方法对复合材料的微观组织和机构进行分析。试验结果表明 :随着碳纳米管含量的增加 ,复合材料的抗拉强度和伸长率逐渐提高 ,当镀镍碳纳米管的体积百分数达到 1.0 %时 ,抗拉强度和伸长率分别提高了 10 5 %和96 %;相应的镀镍 锌的碳纳米管复合材料则分别提高了 12 4%和 10 7%,但当碳纳米管的含量达到 1.5 %时 ,抗拉强度和伸长率都明显的降低。

挤压温度对等径角挤压碳纳米管增强AZ31镁基复合材料显微组织的影响

为了获得等径角挤压碳纳米管增强镁基复合材料的最佳挤压温度参数,在不同温度下,采用模角为90°的模具对经退火处理后的碳纳米管增强AZ31镁基复合材料进行了一道次的等径角挤压实验。结果表明:在不同温度下,CNTs/AZ31镁基复合材料经过一道次的等通道角挤压后,复合材料中有大量的超细晶粒出现。复合材料在220℃挤压时可以得到表面光滑的完整试样,有利于实现多道次的挤压,同时晶粒也得到了较好的细化效果。

碳纳米管／ZM5镁合金复合材料的制备与力学性能研究

采用搅拌铸造法制备了碳纳米管／ZM5镁合金复合材料,研究了搅拌法加入碳纳米管的工艺特点,测试了复合材料的力学性能,并利用扫描电子显微镜和能谱分析对复合材料断口形貌进行了观察和分析。研究结果表明:当搅拌温度接近于ZM5镁合金液相线温度时,碳纳米管能较好的加入到镁合金熔体中。与基体合金相比,复合材料的抗拉强度、弹性模量、显微硬度显著增加,伸长率最大可提高110％,但是碳纳米管加入量过多会导致偏聚,使力学性能下降,碳纳米管能细化复合材料的晶粒组织,并且起搭接晶粒和承载变形抗力的作用。

碳纳米管对天然橡胶复合材料高频动态性能的影响

以0.5份(每100质量份天然橡胶中添加的质量份)碳纳米管(CNTs)替换基础配方中不同份数(0,2,4,6,8)炭黑制备天然橡胶复合材料,研究了碳纳米管对天然橡胶复合材料静态力学性能和高频动态性能的影响。结果表明:随着CNTs替换炭黑份数的增加,复合材料的硬度降低,拉伸强度先升后降再升,断裂伸长率先降再增,100%定伸应力先增后降;用0.5份替换2份炭黑后的复合材料的综合静态力学性能最佳,此时拉伸强度和100%定伸应力均最大,分别比未用CNTs替换炭黑的复合材料提升13.52%和8.47%。随着CNTs替换炭黑份数的增加,复合材料动刚度均方根呈先减后增的趋势,替换2份炭黑后的复合材料动刚度均方根最小,比未用CNTs替换炭黑复合材料的动刚度均方根降低了12.94%,此时复合材料具有最好的高频动态性能,拉伸强度和定伸应力与高频动态性能正相关,断裂伸长率和硬度与高频动态性能的相关度不显著。

改性纳米氧化镁交联聚乙烯复合材料的制备及其电气性能研究

为提高交联聚乙烯(PE-XL)绝缘性能,以聚乙烯(PE)为基体,以改性后的MgO(MgO-NH_(2))为填料进行复配交联制备了PE-XL/MgO-NH_(2)纳米复合材料,对其热老化前后的电绝缘性能进行了研究,并与未改性的MgO交联聚乙烯复合材料(PE-XL/MgO)进行了对比研究。通过直流击穿强度、空间电荷和直流电导率来研究复合材料的绝缘性能。与未老化PE-XL/MgO相比,未老化PE-XL/MgO-NH_(2)纳米复合材料的直流击穿强度提高了20%,异质空间电荷积累可以忽略不计。热老化后,PE-XL/MgO和PE-XL/MgO-NH_(2)纳米复合材料的直流击穿强度分别较热老化前降低了38%和20%。此外,将MgO表面改性后制备的PE-XL/MgO-NH_(2)纳米复合材料比PE-XL/MgO具有更低的直流电导率。PE-XL/MgO-NH_(2)纳米复合材料在未老化条件下表现出较好的性能,且对热老化可能引起的劣化表现出更强的抑制作用。

铝含量对碳纳米管/镁基复合材料的影响

研究了Al含量对碳纳米管/镁基复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明,当Al含量为8%时,复合材料晶粒细小,并具有最佳的强度、硬度和塑性组合;随着Al含量增加,复合材料中出现粗大的、沿晶界连续分布的金属间化合物Mg17Al12相,导致复合材料的抗拉强度和伸长率下降。

碳纳米管/镁基复合材料在NaCl溶液中的抗腐蚀性能研究

研究了不同碳纳米管(CNTs)含量以及不同球磨时间对铸造AZ91D、AZ31合金在3.5%NaCl溶液中抗腐蚀性能和pH值的影响。结果表明,随着CNTs含量的增加,AZ91D合金试样的抗腐蚀性明显提高,碳纳米管含量在3%时,其平均腐蚀速率与未加CNTs的铸态试样相比,提高了10.3倍。随着预制块配料球磨时间的增加,加入该碳纳米管预制块的AZ31镁合金的抗腐蚀性能也明显提高,当预制块配料球磨16h,AZ31合金铸态试样的平均腐蚀速率比球磨0.5 h的试样提高了2.3倍。随腐蚀时间的延长,溶液的pH值增加,其腐蚀速率先增加后趋近于平缓。

碳纳米管增强镁基复合材料导热性能研究

镁及其合金是目前最轻的金属结构材料,合金化虽然提升了镁合金的力学性能,但导致其导热性能严重下降,限制了镁合金的应用。碳纳米管(CNTs)因具有优异的力学、热学等性能,是最理想的增强体之一,可以用于改善镁合金的力学性能和热学性能。采用粉末冶金法分别以纯Mg、Mg-9Al合金、Mg-6Zn合金为基体制备了不同CNTs含量的镁基复合材料,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜对复合材料微观组织、基体与增强体界面及析出相进行表征,并对复合材料的拉伸性能和热学性能进行测试。研究结果表明,当CNTs质量分数不超过1.0%时,可提高纯镁基复合材料的导热性能,力学性能仅有稍微降低;将CNTs添加到Mg-9Al合金中,可以促进纳米尺度β-Mg 17 Al 12相在CNTs周围析出,降低了Al在Mg基体中的固溶度,使CNTs/Mg-9Al复合材料的导热性能有所提高。此外,在CNTs/Mg-6Zn复合材料界面处存在C原子和Mg原子的相互嵌入区,这种嵌入型界面不仅有利于复合材料力学性能的提高,也使CNTs起到加速电子移动的“桥”的作用,有利于该复合材料热导率的提高。当CNTs质量分数为0.6%时,CNTs/Mg-6Zn复合材料具有较为优异的热学性能和力学性能,其热导率为127.0 W/(m·K),抗拉强度为303.0 MPa,屈服强度为204.0 MPa,伸长率为5.0%。

镍涂层对碳纳米管/镁复合材料界面结合强度影响的分子动力学模拟

使用分子动力学模拟方法研究了镍涂覆单壁碳纳米管(SWCNTs)增强镁基复合材料的力学行为。结果表明,镍涂覆SWCNT/Mg复合材料的杨氏模量显著大于未涂覆SWCNT/Mg复合材料的杨氏模量,在碳纳米管表面修饰的Ni涂层可有效传递碳纳米管和Mg基体之间的载荷。此外,还研究了Ni涂层数对SWCNT/Mg复合材料界面结合强度的影响.对于不同Ni涂层数,即无Ni涂层、1层Ni涂层和2层Ni涂层,涂覆1层Ni和2层Ni的SWCNT从Mg基体中完全拔出后的界面结合强度分别约为无Ni涂层SWCNT/Mg复合材料界面结合强度的3.9和11.9倍。