分子级共混法制备CNTCu-Ti复合材料及微观组织结构和性能研究

1、分子级共混法制备CNT/Cu-Ti复合材料及微观组织结构和性能研究碳纳米管（CarbonNanotubes,简称CNT因其具有优异的力学、电学和热学等性能而被作为金属基复合材料（MetalMatrixComposites,简称MMCs的理想增强体。然而，如何使CNM基体中均匀分散、且与基体形成较强的界面结合是制备CNT/MMC的关键问题。因此，寻求有效的制备技术以克服现有方法的不足，是发展CNT/MMC的关键。本研究采用粉末冶金技术结合分子级共混法制备了性能优异的CNT/Cu-Ti合金复合材料。首先在分散均匀的乙酸铜（CuAC-CNT混合前驱液中滴加一定浓度的氢氧化钠（NaOH和葡萄糖（C&l

2、t;sub>6</sub>H₁₂O₆）溶液，在水热环境下经化学反应得到CNT/Cu₂Cfe合粉末。然后利用低能球磨法将CNT/Cu₂Cfe合粉末与片状Cu-1.0wt.%Ti基体粉末均匀混合，经还原,真空热压烧结后得到CNT/Cu-Ti复合材料。研究结果表明，利用分子级共混法制备的CNT/Cu₂Cfe合粉末中,CNT与Cu<sub>2&l

3、t;/sub>O的润湿Tt较好，CNT可有效作为Cu₂O的形核位点，并且随着Cu₂O颗粒的长大而实现CNTfCu₂O的紧密2合。CNT/Cu₂Cfe合粉末的颗粒形貌、微观结构与反应前驱液的浓度,加热温度和搅拌速度密切相关。在加热温度为353K,CuAc,NaOH和C₆H₁₂O<sub>6</sub溶

4、液浓度为0.065M,1.8M和1.4M,在中速搅拌（15r/s）的情况下，所得的Cu₂O粒径尺寸最均匀（21.5nm，且CNEfCu₂O的界面结合最好。经2h,150r/min的低能球磨过程后，CNT/Cu₂O复合粉末与片状Cu-1.0wt.%Ti基体粉末实现均匀混合。将混合粉末在温度为553K的H₂气氛中还原6h后,CNT与还原后的Cu颗粒保持“嵌入结构”，从而有利于提高CNTf基体的界面结合强度。通过真空热

5、压烧结制备的CNT/Cu-Ti复合材料具有优异的力学性能。采用光学显微镜、扫描电子显微镜（ScanningElectronMicroscopy,简称SEM、透射电子显微镜（TransmissionElectronMicroscopy,简称TEM和拉伸测试对CNT/Cu-Ti复合材料的形貌、界面结构和力学性能进行分析,确定CNT/Cu-Ti复合材料的最佳烧结制度以及最优化的CN哈量。结果表明，CNT含量为0.8wt.%的CNT/Cu-Ti复合粉末，在烧结温度为1123K、压力65MPa保温30min工艺下制备的CNT/Cu-Ti复合材料，具基体与CNTft界面区域发生适度的界面反应，生成纳米Ti

6、C颗粒弥散分布在CNTS面和界面周围。纳米TiC颗粒与CN硒足CNT002/TiC112的特殊晶体学位向关系，对于降低界面能有重要意义。该条件下制备的CNT/Cu-Ti复合材料其抗拉强度、延伸率和电导率为362MPa45.9%?口78.8%IACS,分别比基体提高31.2%、21.7%和127.3%。当烧结温度提高至1223K时,CNT/Cu-Ti复合材料的综合性能发生不同程度的降低。HRTE隈示CNT勺结构遭到严重破坏，导致其增强效率的降低。将实验结果数值与理论增强模型拟合验证得知,复合材料的强化主要来自CNT勺载荷传递强化，CNT与基体热膨胀系数不匹配而引起的位错强化和CNT勺弓I入在复合材料界面区域引起的细晶强化等作用。进一步计算得知,三种强化机制对拉伸强度性能提高的贡献分别