碳納米管增強Nb-Nb5Si3基復合材料的制備與性能研究.pdf

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

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

3、i3復合材料，將復合粉體按100℃/min的升溫速率進行升溫，燒結溫度值（1500℃）、保溫時間值(8 min)、施加的軸向壓力值(40MPa)，制備出致密度為97％以上的復合材料。利用X射線衍射法、掃面電鏡法、微機控制電子萬能試驗機等分析和測試手段，對復合材料的組織、相組成、力學性能及斷口形貌進行分析。
　　復合粉體和材料XRD測試研究結果表明：球磨后復合粉體主要由Nb相和Si相組成，未出現(xiàn)明顯的CNTs衍射峰，沒有出現(xiàn)物相反應

4、轉變過程；未摻雜多壁碳納米管的復合材料主要由Nb相和Nb5Si3相組成，隨著添加CNTs后會出現(xiàn)新的 Nb4C3生成相。經(jīng)過 SPS燒結制備復合材料，與未摻雜多壁碳納米管復合材料力學性能相比，添加2wt.%CNTs復合材料的維氏硬度和壓縮強度值分別提高了30%和56%，可達16.8GPa和2.2GPa；添加3wt.%CNTs復合材料的室溫斷裂韌性值提高了68%，可達4.21MPa.m1/2。表明加入多壁碳納米管能夠細化復合材料的組織結構