鈦基體上碳納米管的原位合成及其復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、鈦基復(fù)合材料具有低密度、高比強(qiáng)度、良好耐蝕性以及高溫性能等優(yōu)點(diǎn),成為最具潛力的新一代航空航天用結(jié)構(gòu)材料之一。碳納米管(CNTs)具有高比強(qiáng)度、高比模量以及優(yōu)異的綜合性能,被認(rèn)為是金屬基復(fù)合材料最理想的增強(qiáng)相。要使CNTs的優(yōu)異性能在復(fù)合材料中得到充分發(fā)揮,關(guān)鍵要實(shí)現(xiàn)其在金屬基體上的均勻分散,與基體形成良好的界面結(jié)合,并避免材料成形過(guò)程中CNTs與基體的反應(yīng)。因此,探索CNTs/Ti復(fù)合材料新的制備方法,對(duì)于發(fā)展鈦基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域

2、的應(yīng)用具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本論文采用化學(xué)氣相沉積法在鈦基體表面原位合成均勻分散的 CNTs,研究了催化劑與碳源種類(lèi)、合成溫度、合成時(shí)間、碳源氣體與載氣比例對(duì)合成的CNTs結(jié)構(gòu)、分布以及產(chǎn)率的影響,并探討了CNTs的生長(zhǎng)機(jī)理。結(jié)果表明:本實(shí)驗(yàn)中CNTs在鈦基體上的生長(zhǎng)是一種頂端生長(zhǎng)模式;以1.5wt.％的Co作為催化劑,乙炔為碳源氣體,在550℃的合成溫度下生長(zhǎng)30min,控制乙炔與氬氣的體積比為1:30,可以在鈦粉

3、表面得到均勻分布的,管徑均一、純度高、結(jié)晶性好的CNTs,所得CNTs-Ti復(fù)合粉末為制備增強(qiáng)體分散均勻的塊體復(fù)合材料奠定了良好基礎(chǔ)。
　　采用粉末冶金法將原位合成的 CNTs-Ti復(fù)合粉末在真空下熱壓燒結(jié)制備了CNTs/Ti復(fù)合材料,研究了復(fù)合材料中CNTs含量以及熱壓溫度對(duì)復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和摩擦磨損性能的影響。結(jié)果表明:900℃熱壓溫度下,復(fù)合材料的致密度可達(dá)96%以上,即采用真空熱壓成形工藝可在較低的溫度下形成致密