碳納米管增強(qiáng)Nb-Nb5Si3基復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、航空、航天的某些結(jié)構(gòu)部件中既要求材料在高溫下安全穩(wěn)定工作，又要具有較低的結(jié)構(gòu)自重，如新型的高溫結(jié)構(gòu)材料要滿足高的航空發(fā)動(dòng)機(jī)的推力與重力比、使用壽命長(zhǎng)、工作的可靠性和高的渦輪前進(jìn)口溫度等使用要求。在許多的金屬硅化物中，Nb/Nb5Si3原位復(fù)合材料具有高熔點(diǎn)、高剛度、低密度及良好的高溫強(qiáng)度，被認(rèn)為具有很好應(yīng)用前景的高溫結(jié)構(gòu)材料。但是，Nb5Si3具有較低的室溫韌性和冷熱加工性能差等本質(zhì)缺陷，多壁碳納米管是一種力學(xué)性能優(yōu)異的增強(qiáng)相.因此，通

2、過(guò)摻雜多壁碳納米管,能夠提高放電等離子體燒結(jié)制備不同含量多壁碳納米管Nb-20Si復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性。
　　本文以十六烷基三甲基溴化銨為分散劑，對(duì)多壁碳納米管進(jìn)行酸化處理，結(jié)合超聲波處理法，無(wú)水乙醇為分散溶劑對(duì)多壁碳納米管進(jìn)行分散處理,能夠改善多壁碳納米管混合液的團(tuán)聚現(xiàn)象；利用行星式球磨機(jī)將多壁碳納米管、金屬 Nb粉和Si粉進(jìn)行濕法球磨，然后真空干燥獲得均勻混合的復(fù)合粉體；最后采用放電等離子體燒結(jié)法制備 CNTs/Nb/Nb5S

3、i3復(fù)合材料，將復(fù)合粉體按100℃/min的升溫速率進(jìn)行升溫，燒結(jié)溫度值（1500℃）、保溫時(shí)間值(8 min)、施加的軸向壓力值(40MPa)，制備出致密度為97％以上的復(fù)合材料。利用X射線衍射法、掃面電鏡法、微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)等分析和測(cè)試手段，對(duì)復(fù)合材料的組織、相組成、力學(xué)性能及斷口形貌進(jìn)行分析。
　　復(fù)合粉體和材料XRD測(cè)試研究結(jié)果表明：球磨后復(fù)合粉體主要由Nb相和Si相組成，未出現(xiàn)明顯的CNTs衍射峰，沒(méi)有出現(xiàn)物相反應(yīng)

4、轉(zhuǎn)變過(guò)程；未摻雜多壁碳納米管的復(fù)合材料主要由Nb相和Nb5Si3相組成，隨著添加CNTs后會(huì)出現(xiàn)新的 Nb4C3生成相。經(jīng)過(guò) SPS燒結(jié)制備復(fù)合材料，與未摻雜多壁碳納米管復(fù)合材料力學(xué)性能相比，添加2wt.%CNTs復(fù)合材料的維氏硬度和壓縮強(qiáng)度值分別提高了30%和56%，可達(dá)16.8GPa和2.2GPa；添加3wt.%CNTs復(fù)合材料的室溫?cái)嗔秧g性值提高了68%，可達(dá)4.21MPa.m1/2。表明加入多壁碳納米管能夠細(xì)化復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)