網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)的碳納米管銅基復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、碳納米管自1991年首次發(fā)現(xiàn)以來，已引起物理、化學(xué)和材料等學(xué)科的極大興趣。由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的性能，是一種理想的金屬基復(fù)合材料增強(qiáng)體。但由于碳納米管具有很強(qiáng)的范德華力，很難以在基體中均勻分散和有效結(jié)合，從而限制了其應(yīng)用范圍。因而，開辟出一條新穎而有效的復(fù)合制備路線意義重大。網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)均勻性較好，具有優(yōu)良的力學(xué)、熱學(xué)和摩擦學(xué)性能等。本論文嘗試了兩條復(fù)合路線來制備具備網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的碳納米管銅基復(fù)合材料。 首先，通

2、過對碳納米管的混酸處理和氨水處理，在不使用乳化劑的情況下，采用反相微乳液法合成了形狀較為規(guī)則的碳納米管球。并比較了不同油相、酸處理時間、水相中碳納米管含量、攪拌蒸發(fā)溫度對微球的形成和形貌的影響。結(jié)果表明：采用蓖麻油作為油相，使用酸化處理1．5 h后的碳納米管在85℃下能制備出直徑為2～20μm的碳納米管微球。碳納米管微球的形成機(jī)理初步認(rèn)為是：被混酸和氨水處理后的碳納米管表面被酰胺化，在反相微乳液體系中，依靠它們之間的靜電相互作用以及官能

3、團(tuán)間的化學(xué)作用，自組裝成緊密穩(wěn)定的球形結(jié)構(gòu)。比表面積和孔徑分析結(jié)果表明：碳納米管自組裝成微球后比表面積比原始碳納米管的略有下降，而總孔容則有所提高了。然后，以碳納米管微球作為多孔炭骨架，對進(jìn)行了銅粉的熔滲。由于銅對碳納米管的浸潤性較差，且液態(tài)銅具有較大的表面張力，因而熔滲效果不理想。 其次，采用明膠對碳納米管進(jìn)行修飾，在碳納米管骨架形成的過程中，進(jìn)行銅粉預(yù)埋，進(jìn)而通過固化、炭化、還原、熱壓等熱處理工藝，制備了具有網(wǎng)絡(luò)互穿結(jié)構(gòu)的碳

4、納米管銅基復(fù)合材料。SEM照片表明：復(fù)合材料具有典型的網(wǎng)絡(luò)穿插結(jié)構(gòu)。摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著碳納米管含量從0wt％增加到9wt％，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和磨損失重相比于純銅分別有大幅度下降。這是由于碳納米管以網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)形式分散在銅基體中，起到了承載和傳載作用，阻止了在干摩擦過程中銅晶粒的脫落，同時，暴露在復(fù)合材料表面的碳納米管，如同潤滑的石墨膜，有效的抑制了鋼銷與銅基體之間劇烈的刮擦和犁銷作用。熱物理性能測試結(jié)果表明，當(dāng)碳納米管含量為9wt