AL2O3-TiC-CNTs復合材料的制備與性能研究.pdf

1、碳納米管由于其具有優(yōu)異的導電性、力學性能、熱學性能等優(yōu)異性能，在電化學器件、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得到廣泛的應用，碳納米管目前在制備結構陶瓷、功能陶瓷以及結構/功能一體化復合陶瓷材料方面也得到了普遍的關注。Al2O3/TiC復合陶瓷材料是工程中常用的結構陶瓷材料之一，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，甚至產生表面剝離或脫落現象，導致材料的力學

2、性能大大降低，限制了其應用范圍。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復合陶瓷材料具有一定的理論和現實意義。
　　 本課題采用熱壓燒結方法制備了Al2O3/TiC/CNTs復合陶瓷塊體材料，詳細研究了Al2O3/TiC/CNTs復合材料的制備工藝和力學性能，并對影響其性能的工藝參數進行優(yōu)化，確定了最佳工藝條件。利用XRD、SEM等手段對

3、Al2O3/TiC/CNTs復合材料的微觀結構和斷口形貌進行分析，初步探討了Al2O3/TiC/CNTs復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復合材料粉體。采用SEM觀察粉體表面形貌，結果表明，碳納米管以橋聯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復合材料力學性能的主要因素進行分

4、析，確定Al2O3/TiC/CNTs復合材料最佳力學性能如下：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％。最佳工藝參數為：碳納米管含量1wt.％，燒結溫度1650℃，熱壓壓力35Mpa，保溫時間30min。以無水乙醇為介質制備的Al2O3/TiC/CNTs復合材料綜合力學性能優(yōu)于表面活性劑法制備的。
　　

5、 利用SEM觀察Al2O3/TiC/CNTs復合材料的斷口形貌，結果顯示，與Al2O3/TiC復合材料斷裂模式相比，Al2O3/TiC/CNTs復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復合材料的強韌化主要來自碳納米管的橋聯和拔出機制以及裂紋偏轉和裂紋分叉，碳納米管既能起到弱化界面的作用，又能起到裂紋橋聯的作用，有效地阻止裂紋擴展。
　　 采用急冷-強度法對Al2O3/T