利用预制块制备碳纳米管_铸钢复合材料

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1、第２２卷第３期材料科学与工艺Ｖｏｌ?２２Ｎｏ?３２０１４年６月ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＪｕｎ．２０１４利用预制块制备碳纳米管／铸钢复合材料１，２１１周泽华，辛勇，曾效舒（１．南昌大学机电工程学院，南昌３３００１３；２．江西省材料表面工程重点实验室，南昌３３００１３）摘要：采用熔炼浇注技术制备碳纳米管铸钢复合材料．通过在钢液中加入含有碳纳米管的预制块，制备了碳纳米管／铸钢复合材料，利用扫描电镜及拉曼光谱检测，在钢基体中观察到碳纳米管的存在，显示碳纳米管可经受高温浇注过程，且结构特征未被破坏．结果表明，

2、利用预制块使用熔炼技术能够将低比重的碳纳米管加入高比重的钢中．关键词：碳纳米管；铸钢；复合材料；预制块；熔炼；浇注中图分类号：ＴＧ２２３文献标志码：Ａ文章编号：１００５－０２９９（２０１４）０３－００９８－０４ＦａｂｒｉｃａｔｉｎｇＣＮＴ／ＳｔｅｅｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂｙａｄｄｉｔｉｏｎｏｆＣＮＴ／Ａｌｐｒｅｆｏｒｍｅｄｂｌｏｃｋｓｔｏｔｈｅｍｅｌｔ１，２１１ＺＨＯＵＺｅｈｕａ，ＸＩＮＹｏｎｇ，ＺＥＮＧＸｉａｏｓｈｕ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｃｈａｎｇＵｎｉ

3、ｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００３１，Ｃｈｉｎａ；２．ＪｉａｎｇｘｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙＦｏｒＳｕｒｆａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｃｈａｎｇ３３００１３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣＮＴ／Ｓｔｅｅｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｓｆａｂｒｉｃａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｍｅｌｔｉｎｇｃａｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．Ｉｎｔｈｉｓｗｏｒｋ，Ｓｔｅｅｌｉｓｍｅｌｔｅｄｂｙａｍｅｄｉｕｍｆｒｅｑｕｅｎｃｙｆｕｒｎａｃｅ，ａｎｄｔｈｅＣＮＴ／Ａｌｐｒｅｆｏｒｍｅｄｂｌｏｃｋｓａｒｅａｄｄｅｄｄｕｒｉｎｇｐｏｕｒｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．

4、ＯｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂｙＳＥＭａｎｄＲａｍａｎｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅＣＮＴｓｅｘｉｓｔｉｎｔｈｅｓｔｅｅｌｓｕｂｓｔｒａｔｅ，ｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｔｈｅＣＮＴｓｓｕｒｖｉｖｅｉｎｔｈｅｈｉｇｈ⁃ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｓｔｉｎｇ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｉｔｉｓｆｅａｓｉｂｌｅｔｏａｄｄｌｉｇｈｔＣＮＴｓｉｎｔｏｈｅａｖｙｓｔｅｅｌｕｓｉｎｇｍｅｌｔｉｎｇｃａｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＮＴｓ；ｓｔｅｅｌ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ；ｐ

5、ｒｅｆｏｒｍｅｄｂｌｏｃｋ；ｍｅｌｔｉｎｇ；ｃａｓｔｉｎｇ钢是重要的工业原料，高强度、高韧性的同时是提高复合材料机械性能优异的添加材料，被广比强度又高的钢材一直是钢材料研发者的目标，泛应用于塑料、橡胶、金属中．将其作为金属基的其性能的提高非常重要．在过去的１００多年中，人增强体，用以提高金属的强度、硬度、耐磨损性能们对钢进行了全方位的研究，而金属基复合材料以及热稳定性．的出现，给人们一条新的思路对其进行研究．高熔点金属的碳纳米管复合材料至今较少被１９９１年碳纳米管被发现，其直径在０．４～研究．在已有的研究中，碳纳米管在金属中的应

6、用１００ｎｍ，长度在１～１００μｍ，抗拉强度达到５０～以低熔点金属为主，通常是采用粉末冶金方法或２００ＧＰａ，为钢的１００倍，弹性模量可达１ＴＰａ，约熔融体加入的方法进行复合材料的制备［７－１１］．［１－３］为钢的５倍．碳纳米管的长径比通常在１００～钢的熔点达到１５００℃，实验温度高，同时在１０００，是理想的高强度纤维材料．碳纳米管的化冶炼过程中经常存在一些问题，没有丰富的实践学稳定性好，在氧气条件下能达到５００℃不氧化，经验难以掌控．另外，钢液比重很大，直接加入轻［４－６］无氧条件下可达到３０００℃不变化．质碳纳米管易上浮，很

7、难有效进行添加和分散．这由于具有这些优异的性能，碳纳米管被认为种情况在低熔点金属中可以通过搅拌铸造法完收稿日期：２０１３－０５－１４．成，而在高熔点大比重金属中几乎不可能采用这作者简介：周泽华（１９７９－），男，讲师，博士研究生；一方法，因此，限制了高熔点金属的碳纳米管复合曾效舒（１９５５－），男，教授，博士生导师；材料的研究．已有关于碳纳米管与铝、镁、铜、锌、辛勇（１９５９－），男，教授，博士生导师．通信作者：辛勇，Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｘｉｎｙｏｎｇ＿ｓｈ＠ｓｉｎａ．ｃｏｍ．镍的复合材料的研究报道，但针对碳纳米管与钢第３期周泽华，等

8、：利用预制块制备碳纳米管／铸钢复合材料·９９·［１２－１６］的复合材料的研究报道极少．目前，针对熔的１００平方微米区域Ⅰ内能够找到２０多根碳纳融加入法研究碳纳米管和高温金属制备复合材料米管，其直径正符合原始碳纳米管的尺寸．的研究极少，而其实际操作较之粉末冶金或热