碳納米管增強鋼基復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，傳統(tǒng)的金屬材料已經(jīng)滿足不了人們對材料性能的要求。相比其他材料，碳納米管憑借著優(yōu)良的力學(xué)性能、導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，使其成為了復(fù)合材料中優(yōu)良的增強相。然而，碳納米管自身的一些缺點也限制著其在復(fù)合材料中的實際應(yīng)用，如:碳納米管的密度較小，易團(tuán)聚，在基體中不能均勻地分散;碳納米管與金屬基體的潤濕性較差;碳納米管的價格高，制備過程復(fù)雜等。
　　本文重點探討了兩種不同的方法來改善碳納米管的分散性和在金屬基

2、體中的潤濕性，分別是對碳納米管進(jìn)行化學(xué)鍍和應(yīng)用分子水平法制備納米銅/碳納米管。經(jīng)過處理的碳納米管與銅粉混合后，經(jīng)過了球磨、壓制和燒結(jié)，制備了碳納米管增強的銅基復(fù)合材料，并利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)等手段對復(fù)合材料的力學(xué)性能和物理性能做了相應(yīng)的測試。結(jié)果表明:
　　(1)實驗采用化學(xué)鍍的方法在碳納米管表面鍍銅。在碳納米管化學(xué)鍍銅前，對碳納米管表面進(jìn)行純化、氧化、敏化和活化處理，實驗選擇的化學(xué)鍍溫度為80

3、℃，pH值為12。經(jīng)化學(xué)鍍銅處理后可以在碳納米管表面獲得一層均勻的納米銅顆粒沉積。
　　(2)通過機械球磨法制備碳納米管與銅粉的復(fù)合粉體，確定了最佳的球磨工藝參數(shù):球磨機轉(zhuǎn)速300r/min;球磨時間1h;碳納米管含量1.0％。在質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0％時，CNTs/Cu復(fù)合材料的硬度較純銅提高了61.4％。隨著CNTs摻雜量的增加，復(fù)合材料的密度和導(dǎo)電性降低。當(dāng)CNTs質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5％時，復(fù)合材料的電導(dǎo)率為44.43S/m，為純銅的9

4、4％，且經(jīng)鍍銅處理后的復(fù)合材料的導(dǎo)電性明顯高于未經(jīng)鍍銅處理的復(fù)合材料。
　　(3)采用分子水平混合法，以水合肼為還原劑，在碳納米管的間隙中獲得了尺寸約為幾百個納米的銅顆粒，然后通過球磨混合、壓制及燒結(jié)等一系列工藝制備CNTs/Cu復(fù)合材料。結(jié)果表明，隨著CNTs含量的增加，復(fù)合材料的密度和導(dǎo)電性降低，復(fù)合材料的硬度則出現(xiàn)先升后將的趨勢。當(dāng)CNTs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.84％時，復(fù)合材料的致密度為88％;在碳納米管的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.52％時