納米碳和Al2O3混雜增強(qiáng)Al-Si合金復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、鋁基復(fù)合材料以其質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高等優(yōu)良性能具有廣泛的應(yīng)用前景，尤其是納米碳增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料近年來更是得到了廣大研究者的青睞并取得一定的成果，但是納米碳材料在基體中的均勻分散和界面調(diào)控問題仍未得到很好的解決。鑒于此，本文先采用共價(jià)功能化結(jié)合非共價(jià)功能化的方法對(duì)碳納米管和石墨烯進(jìn)行表面改性提高其分散性能;利用原位合成原理:SiO2+ Al→Si+Al2O3,分別運(yùn)用熱壓和熱等靜壓法制備不同成份碳納米管、石墨烯及碳納米管和石墨烯與氧化鋁共增強(qiáng)

2、Al-Si合金復(fù)合材料。研究了納米碳含量、制備工藝等對(duì)復(fù)合材料的影響，分析了斷口及斷裂機(jī)理，探討了納米碳對(duì)復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)理，可為多相增強(qiáng)鋁硅基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與制備提供一定的參考價(jià)值和理論意義。
　　采用沒食子酸、蘆丁水溶液分別對(duì)碳納米管、石墨烯進(jìn)行表面改性，水溶液的濃度過高對(duì)碳納米管、石墨烯的修飾作用減弱，嫁接到表面的活性官能團(tuán)發(fā)生脫附現(xiàn)象，水溶液濃度過低起不到修飾作用。通過研究發(fā)現(xiàn):沒食子酸表面改性碳納米管的較佳濃度為10μg

3、/ml，此濃度下嫁接到碳納米管表面的活性官能團(tuán)最多，分散性能較好;蘆丁表面改性石墨烯的較佳濃度為0.02μg/ml。結(jié)合傅里葉紅外光譜、掃描電鏡、透射電鏡結(jié)果分析其作用機(jī)理為:沒食子酸、蘆丁的大π共軛結(jié)構(gòu)與碳納米管、石墨烯的π-π堆積作用;沒食子酸、蘆丁與碳納米管、石墨烯表面的無定形碳及表面缺陷發(fā)生化學(xué)作用。
　　將經(jīng)過表面改性的碳納米管、石墨烯與鋁、氧化硅粉末球磨混合冷凍干燥制得復(fù)合粉體，真空熱壓燒結(jié)制備碳納米管、石墨烯含量不同

4、的鋁硅基復(fù)合材料。通過光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡觀察分析復(fù)合材料的微觀組織，結(jié)合復(fù)合材料的力學(xué)性能分析增強(qiáng)相對(duì)復(fù)合材料微觀組織及性能的影響。結(jié)果表明碳納米管、石墨烯、碳納米管和石墨烯的較佳含量分別為0.5％、1.0％、0.75％+0.25％;多相多尺度增強(qiáng)相的協(xié)同增強(qiáng)效果明顯高于碳納米管單獨(dú)的增強(qiáng)作用，Al-Si-Al2O3-CNTs復(fù)合材料的硬度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度分別為55.2HV，334.1 MPa，84.9MPa，同比碳納米

5、管單獨(dú)增強(qiáng)的復(fù)合材料分別提高57.3％、26.0％、32.4％。
　　通過熱等靜壓方法制備碳納米管、石墨烯、碳納米管和石墨烯的含量分別為0.5％、1.0％、0.75％+0.25％的鋁硅基復(fù)合材料，復(fù)合材料在制備過程中原位反應(yīng)完全，致密度較高。復(fù)合材料的斷裂方式有:基體材料的微孔聚集型斷裂、界面脫粘型斷裂、增強(qiáng)相顆粒的穿晶斷裂、基體材料的撕裂及空隙等缺陷處的開裂;最終材料的失效是由這幾種斷裂機(jī)制的共同作用的結(jié)果。增強(qiáng)相的增強(qiáng)作用為: