碳纳米管增强镁基复合材料界面调控与多级结构初探
发布时间：2021-10-23 02:37
本文使用化学共沉积法制备了包覆氧化镁的碳纳米管（MgO coated CNTs,MgO@CNTs）,研究了原始CNTs和预处理CNTs（MgO@CNTs）的微观结构。采用粉末冶金法将两种相同含量（1 wt.%）的增强体（CNTs、MgO@CNTs）添加到纯镁基体中,制备了碳纳米管增强的镁基复合材料（Mg-CNTs、Mg-MgO@CNTs）。研究了两种复合材料的微观组织（晶粒尺寸、分布等）和力学性能（屈服强度、显微硬度）的影响,并初步探索了不连续增强体引起的细晶和粗晶组成的多级微观结构组织特征以及改性后的碳纳米管（MgO@CNTs）和镁基体界面调控的影响。同时,采用第一性原理计算对镁基复合材料的分离功等进行计算和分析。本文得到的主要结论概况如下:（1）采用化学共沉积法可实现在碳纳米管表面包覆MgO纳米颗粒,其包覆机理是,先借助强混合酸在碳纳米管表面引入大量的羧基官能团,添加Mg2+（氯化镁）后,发生络合反应,Mg2+被吸附到碳管表面。当再加入氨水后,会在碳管表面生产氢氧化镁沉淀,并覆盖在碳管表而,最后通过高温烧结,获得包覆氧化镁碳纳米管。经XRD表征发现,MgO@CNTs比原始CNTs的...
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．４?Ｕ合材枓制备工艺??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??１８??
?第２章实验材料及实验工艺???图２．６（ａ）ＣＸＺＧ－丨５的真空热压机，（ｂ）ＹＬ－３８４７丨四柱液压机??Ｆｉｇｕｒｅ?２．６?（ａ）ＣＸＺＧ－ｌ?５?Ｖａｃｕｕｍ?Ｈｏｔ?Ｐｒｅｓｓ？?（ｂ）ＹＬ－３８４７１?Ｆｏｕｒ－ｃｏｌｕｍｎ?Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ?Ｐｒｅｓｓ??２．?４材料表征以及测试方法??２．４．１密度测试??采用阿基米德排水法测量复合材料的密度，在测试材料密度之前对样品进??行砂纸打磨，然后将样品进行超声清洗。利用精确度较高的电子秤分別称出样??品在空气和在蒸馏水屮悬浮的质量，分别记为。密度为ｐ，其公式如下：??Ｐ?＝?—?＝?／?￣１〇?，二———??＾?＼?ｎｉＱ—ｍｉ?（２－１）??ｖ￣＾Ｔ／??理论上的密度为，计算公式如下：??Ｐｉ?＝?（２－２）??Ｋ－中，Ｐｉ是对应各组分的理论密度和Ｋ是复合材料各组分的体积分数。??ＩＸ合材料的致密度（／〇的计算公式如下；??Ｋ?＝?１００％?（２－３）??Ｐｉ??２０??
?第３章碳纳米管包覆ＭｇＯ预处理工艺研究???线衍射测试（ＸＲＤ）等表征技术分析丫原始ＣＮＴｓ和改性处理的ＣＮＴｓ??（ＭｇＯ＠ＣＮＴｓ）的微观结构。??３．?２结果与讨论??３．?２．１碳纳米管包覆ＭｇＯ微观形貌分析??图３．１?ＳＥＭ形貌图（ａ）碳纳米管（ｂ）包覆ＭｇＯ的碳纳米管??Ｆｉｇｕｒｅ?３．１?ＳＥＭ?ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ?ｏｆ?（ａ）?ＣＮＴｓ?ａｎｄ?（ｂ）?ＭｇＯ＠ＣＮＴｓ??图３．１足原始ＣＮＴｓ和包覆Ｍｇ？处现的碳纳米管扫描屯镜形貌图。图３．１（ａ）??巾显示，ＣＮＴｓ有严重的打结和缠绕现象（Ｑ色虚箭头所示），团聚缠结，表面??原始ＣＮＴｓ团聚较严屯。看起来杂乱无章也存在弯曲等缺陷此外，阁中可以观察??到碳纳米管中含钉许多金属催化剂颗粒（亮区域），这些催化剂？般是含铁??兀素等杂质元素，会大大影响碳纳米管增强金属基复合材料的综合性能。??图３．１（ｂ）包覆ＭｇＯ处理的碳纳米管中白色虚箭头部分可以看到ＣＮＴｓ表面??很光滑干净，没存那么多杂质存在（其屮Ａ色区域明显减少），也就是说碳纳??米符经过改性处理，其碳纳米管表面质Ｍ得到提高，碳纳米管的纯度也得到提??Ａ。：；〗外包截ＭｇＯ后的碳纳米管看起来没有那么杂乱无章，比较有序。经过包??范ＭｇＯ的碳纳米竹纯度得到改善更有利于与基体结合提高复合材料的综合力学??性能。??从以上扫描电镜图可以得知，经过包覆ＭｇＯ的碳纳米管表面更光洁，杂质??２４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁合金在航空航天领域研究应用现状与展望[J]. 吴国华,陈玉狮,丁文江. 载人航天. 2016(03)
[2]碳纳米管增强镁基复合材料的研究现状及发展[J]. 陈亚光,蔡晓兰,王开军,蒋太炜. 材料导报. 2012(S2)
[3]碳纳米管预制块铸造法制备CNTs/AZ91复合材料研究[J]. 周国华,曾效舒,余志核,刘焱,宋福康. 铸造. 2011(11)
[4]SiC nanoparticles reinforced magnesium matrix composites fabricated by ultrasonic method[J]. 王朝辉,王旭东,赵宇昕,杜文博. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010(S3)
[5]碳纳米管增强AZ91D镁基复合材料的力学性能研究[J]. 李维学,徐莺歌,郝远,金辉,焦琨. 甘肃科学学报. 2010(02)
[6]钟罩浸块铸造法制备的CNTs/AZ31镁基复合材料的力学性能[J]. 徐强,曾效舒,周国华. 中国有色金属学报. 2010(02)
[7]金属基复合材料制备工艺的研究进展[J]. 张发云,闫洪,周天瑞,陈国香,揭小平. 锻压技术. 2006(06)
[8]碳纳米管的表面修饰及FTIR,Raman和XPS光谱表征[J]. 吴小利,岳涛,陆荣荣,朱德彰,朱志远. 光谱学与光谱分析. 2005(10)
[9]镁及镁合金的应用与研究[J]. 姚素娟,张英,褚丙武,梁冬梅. 世界有色金属. 2005(01)
[10]耐热镁合金及其研究进展[J]. 张新明,彭卓凯,陈健美,邓运来. 中国有色金属学报. 2004(09)
博士论文
[1]纳米碳材料增强AZ91镁基复合材料制备与性能研究[D]. 袁秋红.南昌大学 2016
硕士论文
[1]纳米碳材料增强镁基复合材料界面结合性能的第一性原理计算[D]. 黄汉卿.南昌大学 2019
[2]SiCp/Mg多级纳米复合材料的压缩断裂特性研究[D]. 张磊刚.西南交通大学 2018
[3]碳纳米管增强镁基复合材料的制备与性能研究[D]. 杨益.国防科学技术大学 2006
本文编号：3452310
【文章来源】：南昌大学江西省 211工程院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．４?Ｕ合材枓制备工艺??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ??１８??
?第２章实验材料及实验工艺???图２．６（ａ）ＣＸＺＧ－丨５的真空热压机，（ｂ）ＹＬ－３８４７丨四柱液压机??Ｆｉｇｕｒｅ?２．６?（ａ）ＣＸＺＧ－ｌ?５?Ｖａｃｕｕｍ?Ｈｏｔ?Ｐｒｅｓｓ？?（ｂ）ＹＬ－３８４７１?Ｆｏｕｒ－ｃｏｌｕｍｎ?Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ?Ｐｒｅｓｓ??２．?４材料表征以及测试方法??２．４．１密度测试??采用阿基米德排水法测量复合材料的密度，在测试材料密度之前对样品进??行砂纸打磨，然后将样品进行超声清洗。利用精确度较高的电子秤分別称出样??品在空气和在蒸馏水屮悬浮的质量，分别记为。密度为ｐ，其公式如下：??Ｐ?＝?—?＝?／?￣１〇?，二———??＾?＼?ｎｉＱ—ｍｉ?（２－１）??ｖ￣＾Ｔ／??理论上的密度为，计算公式如下：??Ｐｉ?＝?（２－２）??Ｋ－中，Ｐｉ是对应各组分的理论密度和Ｋ是复合材料各组分的体积分数。??ＩＸ合材料的致密度（／〇的计算公式如下；??Ｋ?＝?１００％?（２－３）??Ｐｉ??２０??
?第３章碳纳米管包覆ＭｇＯ预处理工艺研究???线衍射测试（ＸＲＤ）等表征技术分析丫原始ＣＮＴｓ和改性处理的ＣＮＴｓ??（ＭｇＯ＠ＣＮＴｓ）的微观结构。??３．?２结果与讨论??３．?２．１碳纳米管包覆ＭｇＯ微观形貌分析??图３．１?ＳＥＭ形貌图（ａ）碳纳米管（ｂ）包覆ＭｇＯ的碳纳米管??Ｆｉｇｕｒｅ?３．１?ＳＥＭ?ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｓ?ｏｆ?（ａ）?ＣＮＴｓ?ａｎｄ?（ｂ）?ＭｇＯ＠ＣＮＴｓ??图３．１足原始ＣＮＴｓ和包覆Ｍｇ？处现的碳纳米管扫描屯镜形貌图。图３．１（ａ）??巾显示，ＣＮＴｓ有严重的打结和缠绕现象（Ｑ色虚箭头所示），团聚缠结，表面??原始ＣＮＴｓ团聚较严屯。看起来杂乱无章也存在弯曲等缺陷此外，阁中可以观察??到碳纳米管中含钉许多金属催化剂颗粒（亮区域），这些催化剂？般是含铁??兀素等杂质元素，会大大影响碳纳米管增强金属基复合材料的综合性能。??图３．１（ｂ）包覆ＭｇＯ处理的碳纳米管中白色虚箭头部分可以看到ＣＮＴｓ表面??很光滑干净，没存那么多杂质存在（其屮Ａ色区域明显减少），也就是说碳纳??米符经过改性处理，其碳纳米管表面质Ｍ得到提高，碳纳米管的纯度也得到提??Ａ。：；〗外包截ＭｇＯ后的碳纳米管看起来没有那么杂乱无章，比较有序。经过包??范ＭｇＯ的碳纳米竹纯度得到改善更有利于与基体结合提高复合材料的综合力学??性能。??从以上扫描电镜图可以得知，经过包覆ＭｇＯ的碳纳米管表面更光洁，杂质??２４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]镁合金在航空航天领域研究应用现状与展望[J]. 吴国华,陈玉狮,丁文江. 载人航天. 2016(03)
[2]碳纳米管增强镁基复合材料的研究现状及发展[J]. 陈亚光,蔡晓兰,王开军,蒋太炜. 材料导报. 2012(S2)
[3]碳纳米管预制块铸造法制备CNTs/AZ91复合材料研究[J]. 周国华,曾效舒,余志核,刘焱,宋福康. 铸造. 2011(11)
[4]SiC nanoparticles reinforced magnesium matrix composites fabricated by ultrasonic method[J]. 王朝辉,王旭东,赵宇昕,杜文博. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010(S3)
[5]碳纳米管增强AZ91D镁基复合材料的力学性能研究[J]. 李维学,徐莺歌,郝远,金辉,焦琨. 甘肃科学学报. 2010(02)
[6]钟罩浸块铸造法制备的CNTs/AZ31镁基复合材料的力学性能[J]. 徐强,曾效舒,周国华. 中国有色金属学报. 2010(02)
[7]金属基复合材料制备工艺的研究进展[J]. 张发云,闫洪,周天瑞,陈国香,揭小平. 锻压技术. 2006(06)
[8]碳纳米管的表面修饰及FTIR,Raman和XPS光谱表征[J]. 吴小利,岳涛,陆荣荣,朱德彰,朱志远. 光谱学与光谱分析. 2005(10)
[9]镁及镁合金的应用与研究[J]. 姚素娟,张英,褚丙武,梁冬梅. 世界有色金属. 2005(01)
[10]耐热镁合金及其研究进展[J]. 张新明,彭卓凯,陈健美,邓运来. 中国有色金属学报. 2004(09)
博士论文
[1]纳米碳材料增强AZ91镁基复合材料制备与性能研究[D]. 袁秋红.南昌大学 2016
硕士论文
[1]纳米碳材料增强镁基复合材料界面结合性能的第一性原理计算[D]. 黄汉卿.南昌大学 2019
[2]SiCp/Mg多级纳米复合材料的压缩断裂特性研究[D]. 张磊刚.西南交通大学 2018
[3]碳纳米管增强镁基复合材料的制备与性能研究[D]. 杨益.国防科学技术大学 2006
本文编号：3452310
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