cnts2fzm5镁合金复合材料的制备与机械性能分析

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1、第1章绪论本作为另一个材料大国虽然在复合材料的研制上起步较晚，但是依靠其充足的资金和工业基础，发展十分迅速。特别是在日本的优势项目汽车工业的应用上尤为突出15]。例如:本田公司在发动机缸体的缸套采用了FRM，替换了传统的铸铁缸套，它用A12O3与C纤维的混合物作为增强物，在铝合金缸体的内表层形成Zlnm厚的FRM层，使用后缸体的滑动摩擦性、回转响应性等性能以及汽车的操作性能大大提高。另外，汽车连杆，联销，刹车盘等液逐渐使用金属基复合材料。其他民用工业应用方面，金属基复合材料还用于制造高尔夫球杆头，自行车链

2、轮、运动器械以及医疗上的假肢等等。近年来，电力行业也大量使用金属基复合材料，如法国的FDF公司和美国的3M公司联合研制的一种新型纤维增强铝基复合材料导线，因其导电性好，环境适应性好，耐腐蚀等特性，在电力传输方面应用前景广泛16]。1.ZC.Ts的独特性能及其在金属基复合材料中的应用碳纳米管自1991年被日本NEc公司的电子显微镜专家饭岛Iijimal7]在高分辨透射电镜(HRTEM)下发现以来，便以其特有的力学、电学和化学性能以及独特的准一维管状分子结构，迅速成为化学、物理及材料科学等领域的研究热点。其应

3、用己涉及到纳米电子器件、催化剂载体、电极材料、贮氢材料和复合材料等多方面18]。1.2.ICNT:的结构和力学性能碳纳米管被认为是石墨烯片(石墨的六角网格平面)卷曲形成的中空碳笼管，而石墨烯片的碳一碳sPZ杂化共价键是自然界中最强的化学键之一，因此从结构上推测其具有很高的强度，甚至可能是人类发现的强度最高的纤维材料。理论计算和实验研究结果表明，碳纳米管具有极高的强度、韧性和弹性模量。其弹性模量平均达1.STPa，与金刚石的弹性模量几乎相同，约为钢的5倍多;其抗拉强度理论上可高达177GPa，为钢的100倍

4、，是高强度碳纤维的20倍;屈服强度为14.ZGPa;同时它的石墨烯片卷曲中空管结构使其具有很低的密度，约为钢的1/6~1/7。这些独特的性能使之特别适宜作为复合材料的纳米增强相件川。第1章绪论1.2.ZcNTs在金属基复合材料中的应用在碳纳米管增强复合材料中，金属基复合材料是重要的研究领域之一。己进行的研究包括CNTs/A1、CNTs/cu、CNTs邝e、CNTs加1等。复合方法一般有粉末冶金法和快速凝固法等112。马仁志等13]采用直接熔化方法合成CNTs/Fe复合材料。将电弧法制备的碳纳米管研磨成小于

5、30目的粉体后，与20目的工业纯铁粉机械混合，采用高频感应炉在1450℃熔化并保温10min冷却后得到CNTs邝e复合材料，其中碳纳米管含量为8%(质量分数)。研究结果表明，CNTs下e复合材料的硬度可达65HRC，比相同工艺下普通铁碳合金的硬度平均高出5~10HRC;显微组织分析发现淬火马氏体中有规则晶体外形的白亮相存在，波谱分析结果证明它们是贫铁相。差热分析结果表明140℃的高温下，碳纳米管都没有相变。通过高分辨透射电镜可观察到碳纳米管弥散分布在复合材料中，能稳定存在而起强化作用。董树荣等141将催化

6、热分解法制得的碳纳米管经表面化学镀镍处理后，与粒度约0.071llrn的铜粉进行球磨混合6伽旧In，经35MPa冷压，850℃真空烧结、轧制、真空退火制成CNTs/cu复合材料。扫描电镜下观察发现碳纳米管的分布均匀，彼此粘联较少，断口处存在纳米管的拔出和桥接。对试样进行磨损实验，结果表明碳纳米管的体积分数为12%~巧%时，其润滑和抑制基体氧化的效果较好，复合材料的耐磨性能最佳。XuCL等15采用热压工艺制备了CNTslAI复合材料.结果表明，随着温度降低，复合材料呈现典型的金属性降低和电阻增大现象，但当温

7、度降低到80K左右时其电阻突然下降9%以上，呈现出超导特性，继续降低温度，电阻值不再改变。多年来，美国NASA一直对碳纳米管很感兴趣，同时与许多的工业团体和大学密切合作，其中就包括形ce大学的几chardsmalley研究组。NAsA正在寻找新的技术，以利用碳纳米管来生产可充气的航天服、质量轻的航天飞机零部件和超高速碰撞屏蔽物。NASA己认识到，向其它星际旅行的技术突破，应从分子和原子等级的技术突破开展112.另外，HoustonTexas的LyndonB.Johnon空间中心也在集中开发下一代航天飞机的

8、高强度复合材料.第1章绪论1.3镁基复合材料概述1.31镁基复合材料的制备工艺镁合金具有熔点低、化学活性高、易燃、易氧化等特点，原有的许多金属基复合材料的制备工艺都无法直接应用于镁基复合材料的制备。根据镁基复合材料的特点，结合原有的金属基复合材料的制备工艺，经过十多年的研究，目前发展的镁基复合材料制备工艺主要有:粉末冶金法、喷射沉积法、薄膜冶金法、半固态搅拌熔铸法、熔体浸渗法、液态反应法和机械合金化法。在这几种制备工艺里，进行