碳纳米管增强镍基复合材料

1、碳纳米管增强镍基复合材料碳纳米管增强镍基复合材料 主 讲 人：曹馨文学号：20122271指导教师：朱庆丰学院：材料与冶金学院班级：材料成型及控制工程1201金属基复合材料(MMCs)金属基复合材料(MMCs)是以金属为基体,添加颗粒、晶须或纤维等作为增强体,通过特定方法复合而成的复合材料。金属基复合材料相对于传统的金属材料来说，具有较高的比强度与比刚度；而与树脂基复合材料相比，它又具有优良的导电性与耐热性；与陶瓷基材料相比，它又具有高韧性和高冲击性能。MMCs被誉为21世纪的新型工程材料。MMCs的应用n在过去的二十几年中,金属基复合材料逐渐地从军事国防向民用领域渗透,如今已在陆上运输(汽车

2、和火车)、热管理、民航、工业和体育休闲产业等诸多领域实现商业化的应用。其中,陆上运输(包括汽车和轨道车辆)和高附加值散热组件仍然是的主导市场,用量占比分别超过60%和30%。根据应用领域不同,市场可细分为陆上运输、电子/热控、航空航天、工业、消费产品等5个部分。Company Logo碳纳米管增强镍基复合材料碳纳米管增强镍基复合材料 产生背景在航空航天领域，以镍合金为代表的高温合金材料广泛应用于飞行器的主承载构件、航空发动机、航空火控系统、先进推进系统的热端部件及其他设备的高温关键零部件上。随着航空航天工业的发展，特别是随着国防武器装备向高性能和高效率的方向发展，实际工程对高温材料的综合性能要

3、求越来越高，使得单一材料再难以满足实际需求、镍基复合材料由于具有良好的高温强度、抗热疲劳、抗氧化和耐腐蚀性等优点，近年来在国内外得到了迅速发展，取代传统镍合金成为制造航空、舰船及工业燃气涡轮发动机中重要受热部件的新型金属基复合材料。产生背景纤维增强复合材料由于具有高强度，高模量，抗蠕变，抗疲劳等优点，广泛应用于航天，航空，汽车制造，电子工业等领域在常见的纤维增强体中。碳纳米管是一种具有极高综合性能的新型纤维材料，它具有极高的强度，韧性，弹性模量和优良的高温性能; 其弹性模量与金刚石几乎相同，约为钢的 5倍;其弹性应变约为 5% ，最高可达 12% ，约为钢的 60倍，密度却只有钢的 1/6;

4、除具有优异的力学性能外,碳纳米管还具有优良的热和电性能:在2800的高温真空环境下,其性质不发生改变,热导率比金刚石高出2倍,其电输送能力是铜线的1000倍。由于优异的力学和物理性能,碳纳米管有望成为最具前景的复合材料增强相。产生背景材料介绍碳纳米管增强镍基复合材料正是以镍为基体，碳纳米管为增强体的复合材料。增强体体碳纳米管具有优异的力学和物理性能。基体镍具有高强度，高弹性，抗氧化抗热疲劳等优良性能。制备方法1 碳纳米管的分散由于碳纳米管的比表面积大，表面能较高，在与镍基体的复合过程中碳纳米管的团聚现象严重，碳纳米管的团聚往往导致在复合材料中形成弱相，从而会大大降低碳纳米管的增强效果。因此，制

5、备性能良好的复合材料首先需要解决将碳纳米管在基体中均匀分散的问题。目前主要可采用以下 两类方法提高碳纳米管的分散性: 一是物理分散法，如搅拌、球磨、超声分散等。二是化学分散法，如对碳纳米管进行纯化处理或采用分散剂对碳纳米管进行表面修饰等。制备方法2 碳纳米管的表面镀镍由于碳纳米管的稳定性很好，在制备碳纳米管镍基复合材料时，它与金属基体的湿润性较差，因此必须对碳纳米管进行表面处理，以达到更好的界面结合。对碳纳米管增强镍基复合材料而言，如果能在碳纳米管表面均匀涂镀一层镍金属，则势必会有利于后续复合材料的制备。碳纳米管的表面镀镍主要有化学镀镍法、电化学镀镍法、气相沉积法和高能束流辐射沉积法等方法。制

6、备方法就目前的研究而言，化学镀镍法发展得相对比较成熟，以敏化 - 活化法表面化学镀镍为例，其具体工艺过程主要是先对碳纳米管进行纯化、敏化、预处理，然后利用化学镀方法在其表面沉积金属镍从而制备出镀镍碳纳米管。制备方法3, 碳纳米管增强镍基复合材料的制备目前，国内外已经报道的制备碳纳米管增强镍基复合材料的方法主要有:复合电沉积法、离子喷涂法、溶胶凝胶法和粉末冶金法等。而使用较多且特点较为鲜明的是粉末冶金法和复合电沉积法。制备方法1、 粉末冶金法粉末冶金法是指经过配比、混粉、成型、烧结等过程将增强体和基体粉末复合的一种传统的材料制备工艺。粉末冶金法可以灵活地调整增强相的体积比，相比于传统的熔铸法，处

7、理温度较低，后期处理工艺相对简单。采用粉末冶金法制备复合材料需经过球磨混粉的过程，有利于碳纳米管的均匀分散，并且粉末冶金法处理温度相对较低，对碳纳米管的损伤较小，生成高温脆性相和降低界面结合力的可能性也更小，其常应用于碳纳米管增强镍基复合材料的制备。国内的徐常恩采用粉末冶金法将碳纳米管镀铜后与金属镍粉混合制备了碳纳米管增强镍基复合材料，其结论指出，碳纳米管体积分数为 15%时，复合材料的常温力学性能最高。肖松涛通过粉末冶金法，将碳纳米管化学镀镍后的样品与金属镍粉混合成功制备成碳纳米管增强镍基复合材料。制备方法2 复合电沉积法复合电沉积法是指采用一定的工艺措施，将电镀溶液通电后使金属与微粒共沉积

8、，形成具有不同性能和用途的复合电镀层，从结果上来看复合电沉积也属于表面镀镍范畴。为了使碳纳米管分散，往往需要在镀液中采用搅拌等方法。复合电沉积利用碳纳米管良好的导电性，在碳纳米管上直接沉积金属阳离子，可以获得碳纳米管与镍复合效果良好的复合材料。同时，采用复合电沉积法的制备过程是在液相体系中完成的，有助于实现碳纳米管在镀液中的较好分散，从而获得其在基体中的良好分散性。发展展望优点优点： 镍基复合材料由于具有良好的高温强度、抗热疲劳、抗氧化和耐腐蚀性等优点广泛应用于飞行器的主承载构件、航空发动机、航空火控系统、先进推进系统的热端部件及其他设备的高温关键零部件上。发展展望不足：不足：1、目前对碳纳米管增强镍基复合材料的研究较多集中在碳纳米管与镍基的复合镀层，涂层或薄膜等方面，对碳纳米管增强镍基块 体复合材料的研究