CNTs/Ti层状复合材料制备及力学性能研究
发布时间：2022-02-18 22:53
钛基复合材料具有比强度高、比刚度高、高温性能优良等特点,能够满足航空航天飞行器和高性能汽车等领域的工程结构部件对于轻量化与高强度的日益增长需求。传统增强体均匀分布的钛基复合材料,随着增强体含量增加,强度大幅提高,而塑性会显著下降,即存在强度-塑性倒置问题。针对此难题,依据具有最佳强韧化匹配的贝壳微纳米层状结构,本文采用电泳沉积法首先在纯Ti箔上构建碳纳米管（CNTs）强化层,即获得CNTs/Ti单层材料,随后将CNTs/Ti单层材料堆垛,再利用放电等离子烧结（SPS）结合轧制技术制备出具有层状结构的CNTs/Ti复合材料。通过调控制备工艺参数同时解决了CNTs在钛基体中难以均匀分散以及CNTs与钛基体界面反应等共性问题。采用SEM和TEM表征了CNTs/Ti层状复合材料的微观组织与界面特征;利用拉伸测试研究了CNTs含量对CNTs/Ti层状复合材料力学性能的影响规律;结合原位加载与数字图像关联技术（DIC）研究了CNTs/Ti层状复合材料的宏观变形特性与局域应变分布演化规律,同时通过X射线断层扫描技术（XRM）原位研究其断裂特性,最终揭示了CNTs/Ti层状复合材料的强韧化机制。研究表...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 CNTs增强金属基复合材料的制备现状
1.2.1 熔铸法
1.2.2 热喷涂法
1.2.3 化学气相沉积法
1.2.4 机械合金化与烧结
1.2.5 热压烧结
1.2.6 放电等离子烧结法
1.3 CNTs/Ti复合材料的研究现状
1.3.1 CNTs的分散性问题
1.3.2 CNTs与Ti界面问题
1.4 微纳米层状复合材料
1.5 叠层轧制技术
1.5.1 冷轧复合法
1.5.2 热轧复合法
1.6 主要研究内容
第2章 试验材料及试验方法
2.1 试验材料
2.2 研究方案
2.3 CNTs/Ti层状复合材料板材的制备
2.3.1 CNTs/Ti微叠元的制备
2.3.2 CNTs/Ti叠层的制备
2.3.3 CNTs/Ti叠层的热轧制
2.4 材料的组织结构分析与性能表征方法
2.4.1 材料的组织结构分析
2.4.2 三维X射线断层摄影（XRM）测试
2.4.3 拉伸性能测试
第3章 CNTs/Ti层状复合材料的制备
3.1 前言
3.2 CNTs/Ti微叠元的制备
3.2.1 碳纳米管的分散性研究
3.2.2 电泳沉积
3.3 烧结工艺探索
3.4 轧制工艺探索
3.4.1 包套的设计
3.4.2 首道次轧制变形量对复合材料拉伸性能的影响
3.4.3 道次间变形量对复合材料拉伸性能的影响
3.4.4 叠层轧制对复合材料拉伸性能的影响
3.5 本章小结
第4章 CNTs/Ti复合材料微观组织及力学性能
4.1 引言
4.2 微叠层复合材料的微观组织
4.3 拉伸性能测试
4.3.1 CNTs含量对复合材料拉伸性能的影响
4.3.2 CNTs含量对复合材料加工硬化的影响
4.3.3 CNTs含量对复合材料拉伸断口形貌的影响
4.4 CNTs/Ti复合材料强化机制
4.5 CNTs/Ti复合材料及纯Ti叠层材料局域应变分布原位动态分析
4.5.1 纯Ti叠层材料局域应变分布原位动态分析
4.5.2 CNTs/Ti复合材料局域应变分布原位动态分析
4.6 断裂行为分析
4.7 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]酸化处理多壁碳纳米管的IR和Raman分析[J]. 曲若萌,李延平,王玫,彭玉翠,李峻青. 化学工程师. 2013(11)
[2]碳纳米管的酸化处理对碳纳米管/聚氨酯复合材料微观结构及性能的影响[J]. 张岚,顾继友,姜宪凯. 东北林业大学学报. 2011(02)
[3]陶瓷颗粒增强钛基复合材料的研究进展[J]. 彭德林,赵璐华,杜立明. 钛工业进展. 2010(02)
[4]金属基复合材料的现状与发展趋势[J]. 张荻,张国定,李志强. 中国材料进展. 2010(04)
[5]Fabrication of aluminum matrix composite reinforced with carbon nanotubes[J]. DENG Chunfeng1,2),ZHANG Xuexi1),MA Yanxia2),and WANG Dezun1) 1) School of Materials Science and Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China 2) Luoyang Ship Material Research Institute,Luoyang 471039,China. Rare Metals. 2007(05)
[6]放电等离子烧结技术的原理及应用[J]. 冯海波,周玉,贾德昌. 材料科学与工艺. 2003(03)
[7]原位合成增强体TiB层错的透射电镜分析[J]. 吕维洁,覃业霞,张荻,张小农,吴人洁. 上海交通大学学报. 2003(02)
[8]微叠层结构材料的研究现状[J]. 马培燕,傅正义. 材料科学与工程. 2002(04)
[9]原位合成钛基复合材料增强体TiC的微结构特征[J]. 吕维洁,杨志峰,张荻,张小农,吴人洁. 中国有色金属学报. 2002(03)
[10]Ti的新家族——钛基复合材料的发展与前景[J]. 朱峰,李宝成,张杰,朱涛,朱波. 世界有色金属. 2002(06)
博士论文
[1]增强体准连续网状分布钛基复合材料研究[D]. 黄陆军.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]碳纳米管增强钛基复合材料的制备及性能研究[D]. 孙永君.北京理工大学 2015
[2]Ti-Al层状金属复合材料的增强增韧机理与力学行为研究[D]. 王熊.哈尔滨工业大学 2015
[3]基于DIC技术的Ti-Al层状复合材料变形特性研究[D]. 黄猛.哈尔滨工业大学 2015
[4]热压轧制、热扩散对PtTi0.5Zr0.2/Ti叠层复合材料结构与性能的影响[D]. 范晔.云南大学 2015
[5]低含量TiBw增强钛基复合材料组织与性能研究[D]. 宋晓青.哈尔滨工业大学 2013
[6]碳纳米管薄膜阴极电泳电镀法制备及场发射性能研究[D]. 赵文中.电子科技大学 2012
[7]化学气相沉积原位合成碳纳米管增强钛基复合材料[D]. 王颖.天津大学 2008
本文编号：3631703
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省211工程院校985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 CNTs增强金属基复合材料的制备现状
1.2.1 熔铸法
1.2.2 热喷涂法
1.2.3 化学气相沉积法
1.2.4 机械合金化与烧结
1.2.5 热压烧结
1.2.6 放电等离子烧结法
1.3 CNTs/Ti复合材料的研究现状
1.3.1 CNTs的分散性问题
1.3.2 CNTs与Ti界面问题
1.4 微纳米层状复合材料
1.5 叠层轧制技术
1.5.1 冷轧复合法
1.5.2 热轧复合法
1.6 主要研究内容
第2章 试验材料及试验方法
2.1 试验材料
2.2 研究方案
2.3 CNTs/Ti层状复合材料板材的制备
2.3.1 CNTs/Ti微叠元的制备
2.3.2 CNTs/Ti叠层的制备
2.3.3 CNTs/Ti叠层的热轧制
2.4 材料的组织结构分析与性能表征方法
2.4.1 材料的组织结构分析
2.4.2 三维X射线断层摄影（XRM）测试
2.4.3 拉伸性能测试
第3章 CNTs/Ti层状复合材料的制备
3.1 前言
3.2 CNTs/Ti微叠元的制备
3.2.1 碳纳米管的分散性研究
3.2.2 电泳沉积
3.3 烧结工艺探索
3.4 轧制工艺探索
3.4.1 包套的设计
3.4.2 首道次轧制变形量对复合材料拉伸性能的影响
3.4.3 道次间变形量对复合材料拉伸性能的影响
3.4.4 叠层轧制对复合材料拉伸性能的影响
3.5 本章小结
第4章 CNTs/Ti复合材料微观组织及力学性能
4.1 引言
4.2 微叠层复合材料的微观组织
4.3 拉伸性能测试
4.3.1 CNTs含量对复合材料拉伸性能的影响
4.3.2 CNTs含量对复合材料加工硬化的影响
4.3.3 CNTs含量对复合材料拉伸断口形貌的影响
4.4 CNTs/Ti复合材料强化机制
4.5 CNTs/Ti复合材料及纯Ti叠层材料局域应变分布原位动态分析
4.5.1 纯Ti叠层材料局域应变分布原位动态分析
4.5.2 CNTs/Ti复合材料局域应变分布原位动态分析
4.6 断裂行为分析
4.7 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]酸化处理多壁碳纳米管的IR和Raman分析[J]. 曲若萌,李延平,王玫,彭玉翠,李峻青. 化学工程师. 2013(11)
[2]碳纳米管的酸化处理对碳纳米管/聚氨酯复合材料微观结构及性能的影响[J]. 张岚,顾继友,姜宪凯. 东北林业大学学报. 2011(02)
[3]陶瓷颗粒增强钛基复合材料的研究进展[J]. 彭德林,赵璐华,杜立明. 钛工业进展. 2010(02)
[4]金属基复合材料的现状与发展趋势[J]. 张荻,张国定,李志强. 中国材料进展. 2010(04)
[5]Fabrication of aluminum matrix composite reinforced with carbon nanotubes[J]. DENG Chunfeng1,2),ZHANG Xuexi1),MA Yanxia2),and WANG Dezun1) 1) School of Materials Science and Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China 2) Luoyang Ship Material Research Institute,Luoyang 471039,China. Rare Metals. 2007(05)
[6]放电等离子烧结技术的原理及应用[J]. 冯海波,周玉,贾德昌. 材料科学与工艺. 2003(03)
[7]原位合成增强体TiB层错的透射电镜分析[J]. 吕维洁,覃业霞,张荻,张小农,吴人洁. 上海交通大学学报. 2003(02)
[8]微叠层结构材料的研究现状[J]. 马培燕,傅正义. 材料科学与工程. 2002(04)
[9]原位合成钛基复合材料增强体TiC的微结构特征[J]. 吕维洁,杨志峰,张荻,张小农,吴人洁. 中国有色金属学报. 2002(03)
[10]Ti的新家族——钛基复合材料的发展与前景[J]. 朱峰,李宝成,张杰,朱涛,朱波. 世界有色金属. 2002(06)
博士论文
[1]增强体准连续网状分布钛基复合材料研究[D]. 黄陆军.哈尔滨工业大学 2010
硕士论文
[1]碳纳米管增强钛基复合材料的制备及性能研究[D]. 孙永君.北京理工大学 2015
[2]Ti-Al层状金属复合材料的增强增韧机理与力学行为研究[D]. 王熊.哈尔滨工业大学 2015
[3]基于DIC技术的Ti-Al层状复合材料变形特性研究[D]. 黄猛.哈尔滨工业大学 2015
[4]热压轧制、热扩散对PtTi0.5Zr0.2/Ti叠层复合材料结构与性能的影响[D]. 范晔.云南大学 2015
[5]低含量TiBw增强钛基复合材料组织与性能研究[D]. 宋晓青.哈尔滨工业大学 2013
[6]碳纳米管薄膜阴极电泳电镀法制备及场发射性能研究[D]. 赵文中.电子科技大学 2012
[7]化学气相沉积原位合成碳纳米管增强钛基复合材料[D]. 王颖.天津大学 2008
本文编号：3631703
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