碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的界面研究.pdf

1、碳納米管(CNTs)由于其高強(qiáng)度、高模量、優(yōu)異的力學(xué)性能以及極小的尺寸，被認(rèn)為是復(fù)合材料的理想增強(qiáng)相。在CNTs增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料中，CNTs與鋁的界面是決定材料性能的關(guān)鍵。探索CNTs與鋁的界面結(jié)構(gòu)、界面結(jié)合和反應(yīng)機(jī)制，對發(fā)展高性能鋁基復(fù)合材料，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　 本文首先采用原位(In-situ)CVD法在鋁基體上制備了不同類型的CNTs，并用真空蒸鍍法和粉末冶金法分別制備了CNTs/Al薄膜和塊體CNT

2、s/Al復(fù)合材料，獲得了兩種類型的CNTs/Al界面?？疾炝瞬煌愋虲NTs(直管狀和魚骨狀)與鋁基體的界面結(jié)構(gòu)和界面結(jié)合模式，研究了退火溫度對界面結(jié)構(gòu)的影響；初步分析了熱處理不同冷卻速度下復(fù)合材料的殘余應(yīng)力；討論了界面反應(yīng)的熱力學(xué)，動力學(xué)以及界面層的形成機(jī)理。
　　 研究結(jié)果表明，CNTs/Al薄膜和塊體CNTs/Al復(fù)合材料的界面結(jié)構(gòu)不同，薄膜界面中的鋁呈非晶態(tài)，界面結(jié)合以機(jī)械結(jié)合為主，并且熱處理對界面結(jié)構(gòu)和結(jié)合方式?jīng)]有太大

3、的影響；而塊體材料在熱處理之后，界面結(jié)合由機(jī)械結(jié)合向混合結(jié)合模式過渡。魚骨狀CNTs無論從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，還是物理、化學(xué)穩(wěn)定性上都比管狀CNTs差，熱處理后管壁結(jié)構(gòu)破壞較大，界面反應(yīng)比較嚴(yán)重。
　　 退火熱處理對薄膜材料的界面沒有明顯的影響，只是在高溫退火后，管壁缺陷處出現(xiàn)少量Al4C3：退火后冷卻速度越慢，塊體材料的殘余應(yīng)力越小，但水冷處理后材料的位錯密度大，殘余應(yīng)力仍較高。
　　 雖然從理論上，鋁與碳在室溫下就可以自發(fā)反