cntsallt2gtolt3gt陶瓷的快速制备及力学性能研究

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1、武汉理．T大学硕士学位论文摘要碳纳米管具有优异的力学性能，是用作陶瓷增韧的理想一维材料，然而要达到增韧的目的，首先需要陶瓷体具备较高的密实度。传统方法往往利用高温长时烧结来实现这一目的，但在陶瓷达到致密的同时也会导致碳纳米管的严重破坏。本文选用两种快速烧结方法来制备碳纳米管增强氧化铝陶瓷材料。放电等离子体烧结方法(SparkPlasmaSintering，SPS)由于具有升温速度快(100—600*C／min)，烧结温度低，时间短等特点，是碳纳米管增强陶瓷材料制备的较为理想的方法。本文系统研究了利用SPS方法来进行CNTs／A1203陶瓷的烧结，添加O．2wt％CNTs，当烧

2、结温度为1300℃，不保温时，断裂韧性提高约20％。延长保温时间，晶粒迅速长大，碳纳米管破坏加重；提高烧结温度，在高温下原分散于晶粒间的碳纳米管容易聚集在多个晶粒形成的孔隙处，呈絮状形态，严重影响力学性能，分析表明此种现象与SPSI艺的特殊烧结机理相关。提高SPS烧结的升温速率(500。C／min)可以较好的抑制碳纳米管絮状形态的形成，有利于力学性能的提高。燃烧反应／快速加压法(Self-propagatingHigh-temperatureSynthesis／QuickPressing，SHS／QP)是本文中采用的另一种方法，该法将燃烧反应的超快速升温过程(1000．300

3、0*C／min)与快速机械加压结合起来，制备CNTs／A1203陶瓷材料。当掺jJI]CNTslwt％时，采用2809自蔓延燃烧体系，在加压120MPa的条件下可以制得断裂韧性明显提高的致密陶瓷基复合材料，相比相同条件下纯氧化铝提高近50％。碳纳米管的主要增韧机制有桥联作用，拔出效应等。对比分析两种快速烧结方法，SHS／QPS[艺虽然瞬时温度高，但升温速度更快，烧结过程更短(不超过5min)，可以更为有效的避免碳纳米管的破坏，且在瞬时高温高压下晶粒塑性流动使氧化铝与碳纳米管间形成良好界面结合，为碳纳米管的增韧作用提供了有力保障。关键词：碳纳米管，氧化铝，放电等离子体烧结，自蔓

4、延燃烧／快速加压，力学性能武汉理工大学硕士学位论文AbstractCarbonnanotubesareidealtougheningagentsfortheirexcellentmechanicalproperties．ButtOshowthehighproperties，theceramicmatrixcompositessh．ouldownhighrelativedensity．Inthetraditionalmethods，thehightemperatureandlongsinteringdurationtodensifytheceramicswouldleadtos

5、eriousdestructionofthenanotubes．Sointhisarticle，twofastsinteringmethodswerechosentofabricatethenanotubesreinforcedaluminacomposites．Sparkplasmasinteringtechniqueisarelativelyidealmethodtofabricatenanotubesrelatedceramicsmatrixcompositesforitsrelativelylowertemperature，shorterhigh—temperatur

6、edurationandfasterheatingratecomparedwiththeCOlilmonways．Inthisarticle，thesinteringmethodwassystematicstudiedtoachieverelativelyllighproperties．Whensinteredat1300"Cfor0min．underpressureof30MPa，thefracturetoughnessof0．2wt％CNTs／A1203compositesincreaseabout20％comparedwiththepurealumina．Whenpro

7、longingtheholdingduration，thegrainsgrowquicklyandthenanotubesbreakdownquickly．Raisingthesinteringtemperature，thegrainsgrowobviously，andthenanotubestendtOgatherinthegapssurroundedbythreeormoregrainsinaflocculentstate，whichleadtothedecreasingoffracturetoug