納米碳和Al2O3混雜增強Al-Si合金復合材料的制備及性能研究.pdf

1、鋁基復合材料以其質量輕、比強度高等優(yōu)良性能具有廣泛的應用前景，尤其是納米碳增強鋁基復合材料近年來更是得到了廣大研究者的青睞并取得一定的成果，但是納米碳材料在基體中的均勻分散和界面調控問題仍未得到很好的解決。鑒于此，本文先采用共價功能化結合非共價功能化的方法對碳納米管和石墨烯進行表面改性提高其分散性能;利用原位合成原理:SiO2+ Al→Si+Al2O3,分別運用熱壓和熱等靜壓法制備不同成份碳納米管、石墨烯及碳納米管和石墨烯與氧化鋁共增強

2、Al-Si合金復合材料。研究了納米碳含量、制備工藝等對復合材料的影響，分析了斷口及斷裂機理，探討了納米碳對復合材料的增強機理，可為多相增強鋁硅基復合材料的設計與制備提供一定的參考價值和理論意義。
　　采用沒食子酸、蘆丁水溶液分別對碳納米管、石墨烯進行表面改性，水溶液的濃度過高對碳納米管、石墨烯的修飾作用減弱，嫁接到表面的活性官能團發(fā)生脫附現(xiàn)象，水溶液濃度過低起不到修飾作用。通過研究發(fā)現(xiàn):沒食子酸表面改性碳納米管的較佳濃度為10μg

3、/ml，此濃度下嫁接到碳納米管表面的活性官能團最多，分散性能較好;蘆丁表面改性石墨烯的較佳濃度為0.02μg/ml。結合傅里葉紅外光譜、掃描電鏡、透射電鏡結果分析其作用機理為:沒食子酸、蘆丁的大π共軛結構與碳納米管、石墨烯的π-π堆積作用;沒食子酸、蘆丁與碳納米管、石墨烯表面的無定形碳及表面缺陷發(fā)生化學作用。
　　將經(jīng)過表面改性的碳納米管、石墨烯與鋁、氧化硅粉末球磨混合冷凍干燥制得復合粉體，真空熱壓燒結制備碳納米管、石墨烯含量不同

4、的鋁硅基復合材料。通過光學顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡觀察分析復合材料的微觀組織，結合復合材料的力學性能分析增強相對復合材料微觀組織及性能的影響。結果表明碳納米管、石墨烯、碳納米管和石墨烯的較佳含量分別為0.5％、1.0％、0.75％+0.25％;多相多尺度增強相的協(xié)同增強效果明顯高于碳納米管單獨的增強作用，Al-Si-Al2O3-CNTs復合材料的硬度、抗壓強度、抗剪強度分別為55.2HV，334.1 MPa，84.9MPa，同比碳納米

5、管單獨增強的復合材料分別提高57.3％、26.0％、32.4％。
　　通過熱等靜壓方法制備碳納米管、石墨烯、碳納米管和石墨烯的含量分別為0.5％、1.0％、0.75％+0.25％的鋁硅基復合材料，復合材料在制備過程中原位反應完全，致密度較高。復合材料的斷裂方式有:基體材料的微孔聚集型斷裂、界面脫粘型斷裂、增強相顆粒的穿晶斷裂、基體材料的撕裂及空隙等缺陷處的開裂;最終材料的失效是由這幾種斷裂機制的共同作用的結果。增強相的增強作用為: