碳纳米管增强镁基复合材料研究进展

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1、综述特种铸造及有色合金２０１３年第３３卷第１２期碳纳米管增强镁基复合材料研究进展商景利１，２２柯黎明（１．北京航空材料研究院；２．南昌航空大学航空制造工程学院）摘要用具有超高强度、超高模量及超强化学稳定性的碳纳米管与Ｍｇ复合，得到的碳纳米管增强镁基复合材料，即使在ＣＮＴｓ的添加量很少的情况下，只要其分散均匀，ＣＮＴｓ／Ｍｇ基复合材料的弹性模量、硬度、屈服强度和抗拉强度都得到大幅度提高。大部分采用液态成形方法制备的ＣＮＴｓ／Ｍｇ复合材料的伸长率也同步提高，有很大的发展潜力。从复合体系的设计，复合材料的制备、组织及性能等方面，介绍了有关碳纳米管增强镁基复合材料的研究进展。关键词镁

2、基复合材料；碳纳米管；组织；力学性能中图分类号ＴＢ３３１；ＴＧ１４６．２２文献标志码Ａ文章编号１００１－２２４９（２０１３）１２－１１０５－０６ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＭａｇｎｅｓｉｕｍＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ１，２，ＫｅＬｉｍｉｎｇ１ＳｈａｎｇＪｉｎｇｌｉ（１．ＢｅｉｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｔｅｒｉａｌｓ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｃｈａｎｇＨａｎｇｋｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｇｎｅｓｉｕｍｃｏｍ

3、ｐｏｓｉｔｅｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｗｉｔｈｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ｗｈｉｃｈｐｏｓｓｅｓｓｓｕｐｅｒｈｉｇｈｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｍｏｄｕｌｕｓａｎｄｃｈｅｍｉｃａｌｓｔａｂｉｌｉｔｙｅｄ，ｅｘｈｉｂｉｔｅｄａｈｉｇｈｅｒｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓ，ｈａｒｄｎｅｓｓ，ｙｉｅｌｄｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｔｅｎ－ｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈｗｉｔｈａｌｉｔｔｌｅＣＮＴｓａｄｄｉｔｉｏｎｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｕｎｉｆｏｒｍｌｙｄｉｓｐｅｒｓｅｄｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｅｌｏｎｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｓｑｕｅｅｚ

4、ｉｎｇｃａｓｔｉｎｇｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ，ｓｈｏｗｉｎｇｇｒｅａｔｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｔｙ．Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｍａｇｎｅｓｉｕｍｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｆｒｏｍｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｗａｓｒｅｖｉｅｗｅｄ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：ＭａｇｎｅｓｉｕｍＢａｓｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ＣａｒｂｏｎＮａｎｏｔｕｂｅｓ，Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓ自１９９１年ＩＩＪＩＭＡ发明碳纳米管（ＣａｒｂｏｎＮ

5、ａｎｏ－在常见的金属结构材料中，Ｍｇ具有最低的密度，ｔｕｂｅｓ，ＣＮＴｓ）以来，碳纳米管各方面的优异性能引起了可以减轻飞行器和汽车的质量，从而提高燃油利用率，广泛关注。试验及计算机模拟研究表明，多壁碳纳米管降低ＣＯ２的排放，这对缓解能源危机和减少环境污染（ｍｕｌｔｉｗａｌｌｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅｓ，ＭＷＣＮＴｓ）具有超高的问题有着重要的意义。除此之外，Ｍｇ具有优异的阻尼［１］强度（高达１１０ＧＰａ）和弹性模量（高达１．１ＴＰａ），是特性及电磁屏蔽性能等。但是Ｍｇ的硬度低、塑性加工制备轻质高强材料绝佳的增强体（如没有特殊说明，下困难、耐蚀性差等特点限制了其应用，为此人们希

6、望通文中ＣＮＴｓ均指ＭＷＣＮＴｓ）。由于ＣＮＴｓ之间具有很过Ｍｇ的合金化及Ｍｇ基复合材料方面的研究来改善强的范德华力，很容易发生聚集，因此，ＣＮＴｓ的均匀分Ｍｇ的性能，从而扩大其在工程领域中的应用。然而，散一直是制备ＣＮＴｓ增强复合材料的难点，特别是增由于Ｍｇ及其合金的化学性质比较活泼，其他金属基复强金属基复合材料时尤为突出。因此，最初研究最多的合材料常用的增强相并不适合作为Ｍｇ基复合材料的是ＣＮＴｓ增强聚合物基复合材料，直到２００３年以后，增强相。用作Ｍｇ基复合材料的增强相主要是ＳｉＣ和［２～５］ＣＮＴｓ增强金属基复合材料的相关研究才逐渐增多。Ｂ４Ｃ晶须或颗粒。与ＳｉＣ和Ｂ

7、４Ｃ常用增强相相比，收稿日期：２０１３－０３－２３；修改稿收到日期：２０１３－０６－２０第一作者简介：商景利，男，１９８２年出生，博士研究生，北京航空材料研究院，讲师，南昌航空大学航空制造工程学院，南昌（３３００６３），电话：０７９１－８３９５３１９７，Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｊｌｇｘｄ＠１６３．ｃｏｍ［９］ＭＥＳＳＩＮＧＧＬ，ＫＵＭＡＧＡＩＭ．Ｌｏｗ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｉｎｔｅｒｉｎｇｏｆ１９９７，２０５（１－２）：８８－９６．ａｌｕｍｉｎａ－ｓｅｅｄｅｄｂｏｅｈｍｉｔｅｇｅｌｓ［Ｊ］．Ａｍｅｒｉｃａｎ