CNTs/Al2024复合材料的制备与研究

发布时间：2024-12-26 04:36

　　CNTs/Al复合材料具有轻质、高比强度以及高温性能良好等特点有望用于汽车、航空、航天以及电子等领域,是近年新材料研究的热点。CNTs作为一维纳米材料,具有优异的力学以及电化学性能。因此在铝基体中加入CNTs可以提高复合材料的力学性能。目前,制备CNTs/A12024复合粉末的方法有机械球磨法以及气相沉积法等,其中,机械球磨法能有效的将CNTs均匀分散的铝基体中。CNTs/A12024复合材料的制备方法有铸造法和粉末冶金法等,本文采用粉末冶金法制备CNTs/A12024复合材料。首先对碳纳米管进行纯化处理。重点研究了纯化工艺对碳纳米管的结构、官能团含量以及杂质含量的影响,结果表明浓HNO3与浓H2SO4体积比为3：1处理碳纳米管时,碳纳米管附上了大量的官能团、部分端口打开,碳层结构完整以及杂质被除去。然后使用机械球磨法制备CNTs/A12024复合粉末。先利用单一因素法对制备过程中球磨参数进行研究,而后利用曲面响应法对球磨参数进行优化。研究结果表明,最优球磨参数为：球磨时间1.5h,球磨转速800/1000rpm,碳纳米管含量2.5wt%,球料比25：1以及球磨助剂0.5%。此时CNTs...

【文章页数】：103 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 碳纳米管
        1.2.1 碳纳米管的结构
        1.2.2 碳纳米管的性质
        1.2.3 碳纳米管的制备
    1.3 碳纳米管增强铝基复合材料
        1.3.1 碳纳米管增强金属基复合材料概述
        1.3.2 碳纳米管增强铝基复合材料研究进展
        1.3.3 碳纳米管增强铝基复合材料制备方法
    1.4 高能球磨
        1.4.1 振动球磨机
        1.4.2 行星球磨机
        1.4.3 搅拌球磨机
        1.4.4 高能球磨过程中CNTS/Al2024复合粉体的演变
    1.5 碳纳米管增强金属基复合材料的强化机理
        1.5.1 奥罗万环(Orowan looping)机理
        1.5.2 热失配(thermal mismatch)
        1.5.3 剪滞(shear lag)机理
    1.6 碳纳米管与金属基体的界面及其在基体中的分散
    1.7 本文的研究目的和研究内容
        1.7.1 研究目的
        1.7.2 研究内容
第2章 实验材料与测试方法
    2.1 实验材料
        2.1.1 多壁碳纳米管
        2.1.2 基体材料
    2.2 CNTs/Al2024复合粉体与复合材料的制备
    2.3 CNTs/Al2024复合材料制备的器材
        2.3.1 碳纳米管的纯化设备
        2.3.2 卧式高能球磨机
        2.3.3 烧结炉
        2.3.4 其它设备
    2.4 CNTs/Al2024复合材料性能测试
        2.4.1 硬度测试
        2.4.2 致密度测试
        2.4.3 复合粉末粒度测试
        2.4.4 室温力学性能测试
    2.5 复合材料及复合粉组织结构分析方法
        2.5.1 光学显微镜(OM)观察
        2.5.2 X射线衍射(XRD)分析
        2.5.3 扫描电子显微镜分析
        2.5.4 透射电子显微镜(TEM)分析
        2.5.5 拉曼光谱
        2.5.6 红外光谱表征
        2.5.7 XPS测定
第三章 多壁碳纳米管的纯化工艺
    3.1 碳纳米管纯化
    3.2 结果与分析
        3.2.1 混酸处理碳纳米管形貌的变化
        3.2.2 混酸处理碳纳米管表面官能团的原位红外及光电子能谱分析
        3.2.3 碳管表面缺陷程度的表征
    3.3 本章小结
第四章 球磨工艺对CNTs/Al2024复合粉体性能的影响
    4.1 磨球选择
    4.2 CNTs/Al2024复合粉体在高能球磨中的演变过程
    4.3 CNTs含量对CNTs/Al2024复合粉体对的影响
    4.4 球磨参数对CNTs/Al2024复合粉体的影响
        4.4.1 搅拌轴转速对CNTs/Al2024复合粉体的影响
        4.4.2 球磨助剂对CNTs/Al2024复合粉体的影响
        4.4.3 球磨时间对CNTs/Al2024复合粉体的影响
        4.4.4 球料比对CNTs/Al2024复合粉体的影响
    4.5 本章小结
第五章 利用响应曲面法优化球磨工艺
    5.1 响应曲面实验设计
        5.1.1 实验过程
        5.1.2 实验方法分析
    5.2 实验结果与方差分析
        5.2.1 抗拉强度的数学模型
        5.2.2 硬度数学模型
    5.3 响应曲面法的优化
        5.3.1 球磨参数对CNTs/Al2024复合材料抗拉强度的影响
        5.3.2 球磨参数对CNTs/Al2024复合材料硬度的影响
    5.4 优化参数的确定与模型的验证
    5.5 本章小结
第六章 复合材料的力学性能及断口形貌研究
    6.1 碳纳米管含量对CNTs/Al2024复合材料性学性能的影响
        6.1.1 碳纳米管含量对CNTs/Al2024复合材料抗拉强度的影响
        6.1.2 碳纳米管含量对CNTs/Al2024复合材料硬度的影响
    6.2 冷压烧结对CNTs/Al2024复合材料及性能的影响
        6.2.1 压制过程的研究
        6.2.2 烧结过程的研究
        6.2.3 复压复烧工艺对CNTs/Al2024复合材料性能的影响
    6.3 冷轧烧结工艺对CNTs/Al2024复合材料性能的影响
    6.4 断裂机理分析
        6.4.1 断口形貌及复合材料微观组织
    6.5 本章小结
第七章 结论
致谢
参考文献
附录A 攻读硕士期间发表论文目录
附录B 研究生期间所获奖



本文编号：4020541