低温原位合成碳纳米管增强镁基复合材料制备和性能

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2、门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要碳纳米管（CNTs）具有高比强度、高比模量、低密度以及优异的力学性能，被认为是金属基复合材料最理想的增强相之一。要想发挥CNTs的特性，关键是获得在金属基体中均匀分散的、结构完好的CNTs以及与基体之间良好的界面结合，而传统的制备方法难以达到上述需求，这直接制约了CNTs增强金属基复合材料的发展。本文首先采用化学气相沉积法在镁基体表面原位合成均匀分散的CNTs，得到CNTs/Mg复合粉末，进而将复合粉末机械球磨后通过粉末冶金工艺制备复合材料。该种

3、“原位生长-短时球磨-粉末冶金”的方法是首次应用于镁基复合材料的制备。利用沉积沉淀法制备催化剂前驱体，经过煅烧还原得到Co/Mg催化剂，研究了催化剂含量和种类、碳源种类、合成温度、合成时间及载气比例等对合成CNTs的影响。采用SEM分析CNTs在镁基体上的分散情况，采用TEM、Raman分析原位合成的CNTs的形貌和结构，采用XRD分析镁基体的氧化程度。结果表明，采用化学气相沉积法能够在镁基体上原位合成石墨化程度高、分散均匀的CNTs。采用机械球磨的方法对CNTs/Mg复合粉末进行球磨，研究了球磨转速、球磨时间对CNTs的分散、复合材料组织和性能的影响。结果表明，短时球磨能防止C

4、NTs的损伤和破坏，并达到CNTs嵌入基体内部的目的，球磨后组织致密，硬度和拉伸性能都有所提升。随后采用粉末冶金法制备CNTs/Mg复合材料，研究了CNTs含量对复合材料组织、硬度、拉伸性能、热膨胀性能及导电性能的影响，并探讨了制备过程中CNTs的演变，镁基体的氧化以及增强相和基体之间的界面结合性。结果表明，随着CNTs含量的增加，复合材料的硬度、抗拉强度都在CNTs含量为2.4wt.%时达到峰值，抗拉强度289MPa，比纯镁提高了47%，硬度72.8HV，比纯镁提高了30%，而延伸率则呈下降的趋势，从断口来看，属于典型的脆性断裂；整个过程中镁基体氧化程度低，对复合材料的性能是有

5、利的，并且CNTs保持了完整的石墨层结构，没有与基体发生界面反应，其嵌入镁基体内部，起到承载应力强化基体的作用。关键词：碳纳米管原位合成镁基复合材料短时球磨力学性能界面ABSTRACTCarbonnanotubes(CNTs),havingahighspecificstrengthandhighspecificmodulus,lowdensity,andexcellentmechanicalproperties,areconsideredtobeoneoftheidealreinforcementofmetalmatrixcomposites.CNTsshouldbeunifor

6、mlydispersedinMgmatrixandhaveintactinterfacewithMgmatrixinordertoplaytheroleofCNTsasreinforcements.However,itisdifficulttomeettheaboverequirementsusingtraditionalmethods,whichrestrictsthedevelopmentofCNTsreinforcedmetalmatrixcompositesdirectly.Firstly,CNTswereinsitusynthesizedinMgpowderbychem

7、icalvapordepositionmethodinthispaper,obtainingCNTs/Mgcompositepowder.ThenthecompositepowderwasusedtofabricateCNTs/Mgcompositesbypowdermetallurgyaftermechanicallymilled.Themethodof"insitusynthesis-shorttimeballmilling-powdermetallurgy”isapplie