氮化硼、碳纳米管增强铝基耐磨、减摩复合材料

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1、浙江大学硕士学位论文的纳米状态的氮化硼还是没有现成的工业做法可循。§2．3氮化硼纳米管历史：1995年，Chopra首先用等离子体电弧放电的方法合成了BN管[7】，BN纳米管包括单壁纳米管和多壁纳米管，其结构与C纳米管类似，与C纳米管不同的是，BN纳米管具有很多形状的顶端，如平面、圆锥状等形状[8】[9】。合成方法：BN纳米管的合成方法大致可以分为三类：物理法、机械法和化学法。其中物理法包括电弧放电法、电弧熔融法和激光烧蚀法，机械法主要指机械球磨法，化学法包括碳纳米管取代反应法t和化学反应法。电弧放电法所用的设备与制备碳纳米管所用的设备类似，采用不同

2、的电极材料和气氛，可以制出单壁和多壁BN纳米管。用这种方法制出的纳米管顶端多有尺寸与管外径相近的颗粒(w、WB2、TaB2等)，据认为这些颗粒对管的生长起了重要的催化作用00-121。电弧熔融法所用的方法是将BN(或B)与金属(或氧化物)压片，然后在N2气氛中电弧熔融。这样制得的BN纳米管也包含金属粒子[13～15]。激光烧蚀法是利用频率10Hz，波长248nm的激光，在心或N2载气下，对BN、Ni、Co粉末烧结的靶进行烧蚀06]。机械球磨法是在室温，惰性气体保护下分别对B粉和BN粉进行球磨，然后经过适当的退火处理，就可以制得BN纳米管[17～181

3、。碳纳米管取代反应法是用碳纳米管作为模板，用B、N取代C原子所的，用这种方法不但可以制得BN纳米管，而且也可以制得c—B州纳米管[19-20]。化学反应法是用CO(NH2)2和H3803作为原料，加入AgN03后溶于水，然后将水蒸干得到一种混合物，在700℃下用H2对这种混合物进行还原，就可以得到BN纳米管【21】。性能：同碳纳米管一样，BN纳米管也具有优异的力学性能，单壁BN纳米管的杨氏模量高达1．22TPa[22】(单壁碳管的杨氏模量为1,26TPa)，同时也具有很高的强度和韧性。在具有以上这些优良力学性能的同时，它还保留了常规BN氮化硼、碟纳米

4、管增强铝基耐磨、减摩复合材料的一些物理、化学性质，如高温稳定性、导热性等，可以预见，BN纳米管结合了BN和C纳米管的优点，是一种很理想的耐磨、减摩添加材料。目前存在的问题：BN纳米管从发现到现在经过的时间还不长，还属于一种仅限于实验室制备的新型材料，如果作为一种工业产品的添加剂，不但没有合适的大规模制备方法，而且成本也太高。尽管有这些缺点，但BN纳米管做为一种新材料，依然具有诱人的前景。§2．4碳纳米管历史：多壁碳纳米管是日本NEC公司Iijima教授在1991年发现的[23]，单壁碳纳米管是由Iijima[24]tJ',组和Bethune[25]d

5、、组在1993年分别独立发现的。其后经过多年的研究，现在碳纳米管已经可以做到高效率的半工业化生产。结构与性能：碳纳米管可以看作单层或多层石墨面按照一定的晶体学矢量方向卷曲而成的无缝管状结构，并且根据管壁的层数可以分为单壁纳米碳光和多壁碳纳米管。根据卷曲时晶体学方向的不同，可以将单壁碳纳米管分为三种类型：扶手椅型、锯齿型和螺旋型[261。制备：常用的制备方法有电弧放电法、脉冲激光蒸发法和化学气相法等。电弧放电法使用纯石墨或掺有金属催化剂的石墨电极电弧放电获得碳纳米管。脉冲激光蒸发法使用脉冲激光的高能量蒸发含有金属催化剂的石墨靶获得碳纳米管。化学气相法使

6、用纳米尺度的过渡金属或其氧化物作为催化剂，在相对低的温度下热解含碳的源气体来制备碳纳米管。此外还有CVD法、水热法、火焰法、固相复分解反应法、超临界流体技术法、水中电弧法、气相反应法等制各方法【3l～41]。分散：多壁碳纳米管因为在催化剂上生长，所以往往成束状，作为一种增强材料，要求能在基体内分布均匀，因此有必要将碳纳米管进行分散处理。常用的方法有机械球磨法和超声分散法。机械球磨法强度高，分散效果好，但在分散过程中可能有部分C管石墨化：超声分散法分散的效果不太理想，但是没有石墨化的问题。目前存在的问题：目前碳纳米管的生长技术已比较成熟，可以有目的的生

7、产4浙江大学硕士学位论文单壁、多壁碳纳米管，也可以有目的的控制产物的排列，并已制得超长的碳纳米管线，但是有两个问题一直没有很好地解决，一个是碳纳米管的纯度问题，另一个是产率问题。所得的产物有时是几种碳纳米管的混合体，其长度也不一致，还混有石墨，需要提纯、分离；有时其中碳纳米管的含量较低或生产的消耗大。这些都是阻止碳纳米管生产工业化的主要问题。§2．5铝及其合金元素结构与性能：纯铝为面心立方结构，无同素异构转变，密度2．729／era3，熔点660．24℃并随纯度的降低而降低。热导率(25℃)235．2W／(m·K)，电阻率O．0267／．t．O·m。

8、铝具有优良的导热性、导电性、抗蚀性和延展性并可以通过添加合金元素和热处理强化力学性能，满足不同的需要。铝合金