化學(xué)氣相沉積原位合成碳納米管增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料

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1、摘要碳納米管(CNTs)作為一維納米材料，其高模量、高強(qiáng)度及綜合性能是復(fù)合材料的理想增強(qiáng)體。利用CNTs為增強(qiáng)體制備鈦基復(fù)合材料，探索新的CNTs增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料的制備工藝并研究其對(duì)材料性能的影響，對(duì)開發(fā)CNTs的應(yīng)用領(lǐng)域和改善鈦合金的性能，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。本論文首次通過(guò)沉積．沉淀法制備Ni／Ti催化劑，采用化學(xué)氣相沉積法在鈦粉基體上原位合成了CNTs／Ti復(fù)合粉末。研究了催化劑Ni含量、還原溫度、CNTs合成溫度、載氣類別及反應(yīng)氣與載氣比例對(duì)CNTs生長(zhǎng)的影響，并探討了CNTs的生長(zhǎng)機(jī)理。結(jié)果表明，催化劑含量和反應(yīng)合成溫度等因素對(duì)CNTs的形成有重要影響。當(dāng)催化劑Ni含量

2、為3wt％，合成溫度為550℃時(shí)，甲烷裂解可得到形貌、產(chǎn)率、純度最佳的CNTs產(chǎn)物，從而實(shí)現(xiàn)了在Ti粉基體上原位合成CNTs的目的，該工藝為CNTs／Ti復(fù)合材料的制備提供了新的途徑。以合成的復(fù)合粉末為原料，采用粉末冶金法制備了CNTs／Ti復(fù)合塊體材料，并對(duì)其進(jìn)行密度、硬度測(cè)試。采用干磨法對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，并與金屬鈦和鈦鎳合金的耐磨性能進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，CNTs的加入使CNTs／Ti復(fù)合材料的耐磨性能提高，隨磨擦?xí)r間和加載載荷的增加，CNTs／Ti復(fù)合材料磨損量的增加速率低于金屬鈦，在摩擦不同階段，出現(xiàn)了磨粒磨損、氧化磨損等特征。關(guān)鍵詞：碳納米管鈦基復(fù)合材料化學(xué)氣相沉積

3、原位合成粉末冶金摩擦磨損ABSTRACTCarbonnaonotube(CNT)isakindofimportantreinforcementinmetalmatrixcompositesbecauseofitshighmodule，highstrengthandoutstandingphysicalperformance．ItissignificantthatexploringnewmanufacturetechniqueforCNTsreinforcedtitaniummatrixcompositeandinvestigatingtheeffectofCNTsonthepropert

4、iesfordevelopingtheCNTs’applicationfieldsandimprovingtitaniumalloycapability．Inthethesis，anewNi／Ticatalystwaspreparedthroughdeposition-precipitationmethod．Then，theCNTs／Ticompositepowderwassynthesizedin·situontitaniumpowderwiththeNi／Ticatalystbychemicalvapordeposition(CVD)process．Theinfluenceofthe

5、processingparameters，suchasthecontentofcatalyst，reductiontemperature，CNTsynthesistemperature，carriergascategoryandtheradioofmethanetocarriergas，wereinvestigated．ThegrowthmechanismofCNTsonthenew‘Ni／TicatalystduringCVDwasdiscussed．Theresultsindicatedthattheprocessingparametersincludingthecontentofc

6、atalystandCNTsynthesistemperaturehaveaimportantinfluenceonthegrowthofCNTs．TheCNTswithevenmorphology，highyieldandpuritycanbesynthesizedbymethanedecompositionwhenthecontentofcatalystis3wt％andthesynthesistemperatureis550"C．Asaresult，theaimofthisexperimentforpreparingCNTsontitaniumpowderusingin-situC

7、VDprocesshasbeenachieved，whichpointsoutanewmethodforCNTs／Ticompositesmanufacturing．Furthermore，TheCNTs／Ticompositebulkswerepreparedbypowdermetallurgyprocesswiththesynthesizedcompositepowder．ThedensityandhardnessoftheCN