碳納米管增強銅基復(fù)合材料的制備與研究

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1、57/57目錄第一章緒論31．1引言31．2碳納米管的研究現(xiàn)狀31．2．1碳納米管的結(jié)構(gòu)31．2．2碳納米管的制各41．2．3碳納米管的表面修飾61．3金屬基復(fù)合材料概述81．3．1金屬基復(fù)合材料的性能91．3．2金屬基復(fù)合材料的分類91．3．3金屬基復(fù)合材料制造方法111．3．4金屬基復(fù)合材料的界面171．3．5銅基復(fù)合材料簡述201．4碳納米管復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀211．4．1碳納米管金屬基復(fù)合材料211．4．2碳納米管聚合物基復(fù)合材料221．4．3碳納米管陶瓷基復(fù)合材料研究概況231．4．4碳納米管基復(fù)合材料241．5磨損的分類251．5．1

2、磨料磨損261．5．2粘著磨損261．5．3腐蝕磨損271．5．4接觸疲勞磨損281．6本論文工作的主要內(nèi)容與意義29第二章碳納米管的表面鍍銅292．1概述292．2碳納米管的表面處理302．2．1碳納米管表面處理工藝流程302．2．2純化312．2．3粗化3157/5757/572．2．4敏化332．2．5活化332．2．6還原342．3碳納米管表面化學(xué)鍍銅352．3．1碳納米管表面化學(xué)鍍銅352.3.2碳納米管鍍銅結(jié)果與分析362．4小結(jié)38第三章碳納米管增強銅基復(fù)合材料的制備383．1概述383．2粉末冶金法制備碳納米管增強銅基復(fù)合材料39

3、3．2．1T藝流程393．2．2混料393．2．3壓坯393．2．4燒結(jié)403．2．5復(fù)壓、退火403．3碳納米管增強銅基復(fù)合材料的密度／致密度測試413．4小結(jié)42第四章碳納米管增強銅基復(fù)合材料的力學(xué)性能424．1硬度測試424．2抗拉強度測試434．2．1拉伸實驗方法434．2．2拉伸實驗結(jié)果與分析444．3小結(jié)46第五章碳納米管增強銅基復(fù)合材料的磨損性能475．1概述475．2實驗設(shè)備與方法475．3實驗結(jié)果與分析485．3．1碳納米管體積分數(shù)對比磨損率的影響505．3．2滑動速率對比磨損率的影響525．3．3載荷對比磨損率的影響5357/

4、5757/575．4小結(jié)53第六章546．1概述546．2碳納米管增強錫青銅基復(fù)合材料的性能546．2．2摩擦磨損性能測試556．3小結(jié)56第一章緒論1．1引言復(fù)合材料具有剛度大、強度高、重量輕等優(yōu)點。碳納米管作為一種新型碳材料，其優(yōu)異的力學(xué)性能，成為復(fù)合材料理想的增強體。本文以純銅作為基體，將碳納米管CNT與其復(fù)合，制備出具有良好力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能的碳納米管增強銅基復(fù)合材料。1．2碳納米管的研究現(xiàn)狀碳納米管(CNT)自1991年由日本學(xué)者ligima博士在高分辨透射電鏡下發(fā)現(xiàn)以來，便以其特有的力學(xué)、電學(xué)和化學(xué)性能以及獨特的準一維管狀分子結(jié)構(gòu)等

5、特性。其應(yīng)用研究己涉及到復(fù)合材料、納米電子器件、電池、超級電容器、場發(fā)射顯示器、量子導(dǎo)線板、電子槍及傳感器和顯微鏡探頭、貯氫材料等領(lǐng)域1．2．1碳納米管的結(jié)構(gòu)1991年，日本的ligima博士用真空電弧放電蒸發(fā)石墨電極，對陰極沉積物進行高分辨電鏡進行觀察時，在沉積物中發(fā)現(xiàn)具有納米尺寸的碳的管狀物——碳納米管。碳納米管是由單層或多層石墨平面卷曲而成的無縫管狀結(jié)構(gòu)，管壁一般由碳六邊形環(huán)構(gòu)成。此外，還有一些57/5757/57五邊形碳環(huán)和七邊形碳環(huán)可以使碳納米管頂端封閉或發(fā)生彎曲。根據(jù)管壁層數(shù)的不同，可將碳納米管分為單壁碳納米管和多壁碳納米管。碳納米管

6、的管徑一般為幾到幾十納碳納米，長度約幾到幾百微米。1．2．2碳納米管的制各碳納米管的制各是對其研究與應(yīng)用的前提。碳納米管的大批量制各工藝是在1992年獲得突破的，這使得碳納米管的合成更容易，產(chǎn)量更高。大批量碳納米管的合成和提純，給碳納米管物理化學(xué)性質(zhì)的研究提供了可能性。碳納米管的制備方法主要有三種：石墨電弧法、激光燒蝕法、化學(xué)氣相沉積法。1．2．2．1石墨電弧法石墨電弧法是最早、最典型的碳納米管制備方法。該方法主要以摻有過渡族金屬或氧化物為催化劑的石墨為電極，在惰性氣體環(huán)境中，電弧放電，陽極石墨被蒸發(fā)消耗，同時在陰極石墨上沉積碳納米管。其生長機理

7、被認為是：在電弧放電條件下，兩電極間充滿濃度很高的等離子體，對兩電極空間起屏蔽效應(yīng)。陽極由于受到電子轟擊和等離子體輻射，其溫度很高(比陰極要高)，蒸發(fā)石墨電極而形成自由碳原子，在溫度低的陰極表面上沉積。陰極表面較高的電壓產(chǎn)生的電場對碳管的開口生長起穩(wěn)定作用并誘導(dǎo)碳納米管生長。當電流局域受到擾57/5757/57動變化時，就導(dǎo)致了五邊形環(huán)和七邊形環(huán)的出現(xiàn)，因而形成彎曲或封閉端。電弧法具有簡單、快速的特點，而且制得的碳納米管較直、較細，但由于電弧溫度高，碳納米管容易燒結(jié)成束，難于分離和提純。1．2．2．2激光燒蝕法激光蒸發(fā)石墨法是在惰性氣氛中利用激光

8、的高能量蒸發(fā)含有金屬催化劑的石墨靶來獲得碳納米管。該方法中碳納米管的生長原理是石墨在激光作用下產(chǎn)生大量的碳原子簇和碳原子簇碎片，其中環(huán)狀