AL2O3-TiC-CNTs復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、碳納米管由于其具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、力學(xué)性能、熱學(xué)性能等優(yōu)異性能，在電化學(xué)器件、儲氫、場發(fā)射裝置、傳感器、修飾電極、吸附材料、催化劑載體等方面已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，碳納米管目前在制備結(jié)構(gòu)陶瓷、功能陶瓷以及結(jié)構(gòu)/功能一體化復(fù)合陶瓷材料方面也得到了普遍的關(guān)注。Al2O3/TiC復(fù)合陶瓷材料是工程中常用的結(jié)構(gòu)陶瓷材料之一，但是其對裂紋的敏感很大，仍是一種脆性材料，在機加工和使用過程中極易造成表面裂紋或裂痕，甚至產(chǎn)生表面剝離或脫落現(xiàn)象，導(dǎo)致材料的力學(xué)

2、性能大大降低，限制了其應(yīng)用范圍。碳納米管作為無機纖維增強材料，具有重量輕、極高的強度、韌性和彈性模量、耐酸堿性等優(yōu)異性能，因此研究碳納米管增韌納米Al2O3/TiC復(fù)合陶瓷材料具有一定的理論和現(xiàn)實意義。
　　 本課題采用熱壓燒結(jié)方法制備了Al2O3/TiC/CNTs復(fù)合陶瓷塊體材料，詳細(xì)研究了Al2O3/TiC/CNTs復(fù)合材料的制備工藝和力學(xué)性能，并對影響其性能的工藝參數(shù)進行優(yōu)化，確定了最佳工藝條件。利用XRD、SEM等手段對

3、Al2O3/TiC/CNTs復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)和斷口形貌進行分析，初步探討了Al2O3/TiC/CNTs復(fù)合材料的強韌化機理。
　　 采用機械球磨法和多相懸浮液法制備分散均勻的、無團聚的納米Al2O3/TiC/CNTs復(fù)合材料粉體。采用SEM觀察粉體表面形貌，結(jié)果表明，碳納米管以橋聯(lián)的形式彌散分布于粉體中，顆粒分布較均勻，碳納米管幾乎無損壞。
　　 通過對影響.Al2O3/TiC/CNTs復(fù)合材料力學(xué)性能的主要因素進行分

4、析，確定Al2O3/TiC/CNTs復(fù)合材料最佳力學(xué)性能如下：硬度HRA91.2，抗彎強度556.19Mpa，斷裂韌性4.89Mpa.m1/2，與Al2O3/TiC復(fù)合材料相比抗彎強度和斷裂韌性分別提高了14.40％和10.63％。最佳工藝參數(shù)為：碳納米管含量1wt.％，燒結(jié)溫度1650℃，熱壓壓力35Mpa，保溫時間30min。以無水乙醇為介質(zhì)制備的Al2O3/TiC/CNTs復(fù)合材料綜合力學(xué)性能優(yōu)于表面活性劑法制備的。
　　

5、 利用SEM觀察Al2O3/TiC/CNTs復(fù)合材料的斷口形貌，結(jié)果顯示，與Al2O3/TiC復(fù)合材料斷裂模式相比，Al2O3/TiC/CNTs復(fù)合材料的斷裂模式發(fā)生改變，屬于穿晶和沿晶混合斷裂，但仍以沿晶斷裂為主。Al2O3/TiC/CNTs復(fù)合材料的強韌化主要來自碳納米管的橋聯(lián)和拔出機制以及裂紋偏轉(zhuǎn)和裂紋分叉，碳納米管既能起到弱化界面的作用，又能起到裂紋橋聯(lián)的作用，有效地阻止裂紋擴展。
　　 采用急冷-強度法對Al2O3/T