收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

碳纳米管/镁基复合材料的制备与物性研究

李维学  
【摘要】: 本文全面综述了国内外碳纳米管(CNTs)/镁基复合材料的研究进展,研究了镁基碳纳米管复合材料的制备、界面行为、储氢性能、力学性能、热性能、强化机理等问题。主要研究结果如下: 用阳极电弧等离子体法制备出准直的碳纳米管和包覆金属粒子的碳纳米管。用化学镀法对提纯后的碳纳米管外表面镀覆了镍层。镀层为Ni、Ni3P纳米晶,且致密、均匀。镀层中富含六角密排结构Ni,其晶格常数与镁相近。 采用机械合金化方法制备Mg-Ni、Mg-Ni-CNTs、Mg-Ni-CNTs-TiO2储氢材料。Mg-Ni二元储氢合金的最大吸氢量为5.419 wt%,但放氢温度高、吸放氢动力学性能差。Mg-Ni-CNTs复合材料较Mg-Ni合金在吸放氢量上有所提高,放氢温度明显下降,当CNTs含量为10wt%,在1min内吸氢量达到7.2wt%,在60-100s内放氢量达到6.2wt%。Mg-Ni-CNTs-Ti02复合材料与Mg-Ni-CNTs复合材料相比,吸放氢量没有显著地提高,但是由于Ti02的加入,使得纳米复合材料氢化生成焓明显降低,活化性能得到进一步提高,而且大大提高了材料的使用寿命,降低了实验成本。 用全液态搅拌铸造法成功制备了CNTs/Mg,CNTs/SiCp/Mg,CNTs/AZ91D, CNTs/SiCp/AZ91D四种镁基复合材料。随CNTs加入量的增加,复合材料的弹性模量和硬度增大,而抗拉强度和延伸率则先增后减。SiCp体积分数在0-3vol%的范围内,随SiCp加入量的增加,复合材料的弹性模量、硬度和抗拉强度增大,而延伸率则减小。对CNTs/Mg、CNTs/2vol%SiCp/Mg复合材料:当CNTs含量为1.1vol%时,复合材料的弹性模量、硬度和抗拉强度分别比基体材料提高了28.4%和51.8%、10.2%和19.5%、67%和80%;CNTs/Mg的延伸率比基体提高了60.6%,而CNTs/2vol%SiCp/Mg的延展率比基体略有降低。对CNTs/AZ91D、CNTs/3.0vol%SiCp/AZ91D复合材料:当CNTs含量为1.0v0l%时,复合材料的弹性模量、硬度、抗拉强度和延伸率分别比基体材料提高了23.8%和29.8%、7.8%和9.3%、39.4%和46.76%、34%和14.6%。但是对Mg和AZ91D为基体的复合材料,CNTs的加入量分别不能超过1.1vol%和1.0vol%,否则,复合材料的抗拉强度和延伸率会因CNTs难以分散而大幅下降,同时使硬度和弹性模量的增幅也逐渐减小。增强相CNTs和SiCp可明显细化晶粒组织。CNTs在断裂过程中,基体与增强体之间为界面脱开方式。CNTs/SiCp/Mg的断裂机制主要是脆性断裂,伴有少量的韧性断裂,其中脆性断裂中以穿晶脆性断裂为主、沿晶脆性断裂为辅。CNTs/SiCp/AZ91D复合材料的断裂机制为韧性断裂和脆性断裂的混合断裂方式。镍镀CNTs和SiCp与Mg基体之间存在界面反应,分别生成界面相Mg2Ni和MgSi2,界面反应量较小。 CNTs/Mg和CNTs/SiCp/AZ91D复合材料的平均热膨胀系数约为各自基体热膨胀系数的1/2,SiCp/AZ91D和CNTs/AZ91D复合材料分别比基体减小了18%和36.5%。CNTs/AZ91D、SiCp/AZ91D和CNTs/SiCp/AZ91D复合材料的热传导系数均比基体AZ91D合金的热传导系数高。用有限元法模拟了CNTs/AZ91D复合材料板材在25-300℃温度范围内和不同压边力条件下的热拉深成形过程。对于厚度为1mm,直径为160mm的板材,在100℃以下其拉深性能很差;随着成形温度的升高,其拉深性能得到较大的改善,在250℃时,拉深性能最好,在热拉深时压边力的大小应选择为5-8kN。计算结果与实验结果吻合。 建立了CNTs/Mg复合材料的剪切滞后模型,分析了增强机理。利用四种强化机理公式,估算出了各种强化机理的屈服强度的大小。其中应力转移强化对镁基复合材料的强化最大,其次是位错强化、晶粒细化强化,影响最小的是残余热应力强化。在CNTs含量低于1.1vol%时,计算结果与实验结果比较吻合。分析了含有界面层的CNTs/Mg复合材料中的应力场、应力传递效率、碳纳米管的饱和应力和有效长度。界面层的存在以及其厚度的增大都明显地降低应力传递效率和纤维的饱和应力,但增大了碳纳米管纤维的有效长度。此外碳纳米管的长径比较小时,对应力传递效率和碳纳米管有效长度均有较明显的影响。 用有限元方法仿真模拟了CNTs增强镁合金复合材料CNTs/Mg和CNTs/AZ91D微区应力场。结果表明,两种复合材料的应力应变分布规律基本相同。在相同拉力下,复合材料整体轴向变形比未加CNTs的基体材料Mg和AZ91D轴向变形明显减小。在CNTs两端面处附近的基底部分出现明显的应力集中现象,说明CNTs对基体材料起到了增强效果。复合材料的断裂是从CNTs两端面附近界面处开始,其破坏方式是界面脱开。计算结果与实验结果吻合。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 王强华;;碳纳米管浓缩物在复合材料中的实际应用[J];玻璃钢;2011年02期
2 ;碳纳米管内壁参与化学反应首次被发现[J];化学工业与工程;2011年05期
3 ;纳米衣[J];文苑;2011年09期
4 郑冬冬;;新型碳纳米管的薄膜晶体管问世[J];半导体信息;2011年02期
5 于金刚;黄笃树;黄可龙;刘素琴;曾冬铭;;碳纳米管在药物载体领域的进展[J];化学通报;2011年08期
6 王秀艳;徐占林;孔治国;;尿酸在聚直接蓝-71/碳纳米管复合膜修饰电极上的电化学行为[J];广东化工;2011年06期
7 王晋宝;田美灵;张洪武;郭旭;;单壁碳纳米管的耦合行为研究[J];力学季刊;2011年02期
8 陈乘;纪雪梅;周谦;余书勤;;几种碳纳米管对小鼠呼吸系统的影响[J];安徽农业科学;2011年21期
9 蔺向阳;骞伟中;李达;潘仁明;;碳纳米管在双基推进剂中的分散技术[J];固体火箭技术;2011年03期
10 吕俊峰;刘华;;受限于碳纳米管中水分子特性的分子动力学模拟研究[J];广州化工;2011年13期
11 王宝;江凤;舒春英;蒋礼;王春儒;;n型金刚石薄膜催化生长碳纳米管[J];中国科学:化学;2011年08期
12 薛伟;尹桂;;TPU/MWCNTs复合膜的制备及性能研究[J];科技致富向导;2011年23期
13 陈彦霖;王晋宝;周卫;李菲菲;唐志波;;碳纳米管的振动研究进展[J];浙江海洋学院学报(自然科学版);2011年03期
14 曾青华;董新法;;碳纳米管金属催化剂在加氢脱氢反应中的应用[J];高分子通报;2011年06期
15 欧建华;韩强;;悬臂碳纳米管纯弯问题的非局部弹性解[J];科学技术与工程;2011年24期
16 杜攀;高姗;;纳米碳管金属复合物的研究进展[J];江苏教育学院学报(自然科学版);2010年04期
17 王灿;詹亮;黄正宏;乔文明;梁晓怿;杨俊和;凌立成;;氮掺杂碳纳米管的无金属催化剂合成和表征[J];无机材料学报;2011年08期
18 徐德彬;宋庆文;王进美;;碳纳米管复合相变微胶囊的过冷性[J];天津工业大学学报;2011年04期
19 武玺旺;肖建中;夏风;胡永刚;彭周;;碳纳米管的分散方法与分散机理[J];材料导报;2011年09期
20 王广征;黄英;孙晓峰;;碳纳米管化学镀Ni-Co-P三元合金[J];材料开发与应用;2011年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 胡业旻;殷利民;曹威;李瑛;朱明原;白琴;;电晕放电等离子体增强化学气相沉积法合成氮掺杂碳纳米管[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集(第一卷)[C];2011年
2 孙瑞敏;赵辉;陈永;刘洋;赵海沨;;碳纳米管与环氧树脂共混工艺研究[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年
3 李世胜;喻万景;侯鹏翔;刘畅;成会明;罗艳红;孟庆波;吕伟;吴思达;杨全红;;碳纳米管垂直阵列/石墨烯纸复合材料在锂离子电池和染料敏化太阳能电池中的应用[A];2011中国材料研讨会论文摘要集[C];2011年
4 李曼;白树林;张杨飞;贾治勇;;不锈钢纤维/碳纳米管填充尼龙基复合材料的力学性能研究[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第3分册)[C];2010年
5 刘夏;杨庆生;;网络碳纳米管复合材料的有效力学性能[A];复合材料:创新与可持续发展(下册)[C];2010年
6 周成飞;翟彤;曹巍;郭建梅;曾心苗;;碳纳米管/聚氨酯酰亚胺复合泡沫材料的制备与性能[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第4分册)[C];2010年
7 陈广新;毕丹;;碳纳米管的表面修饰及其改性聚乳酸的研究[A];2010年全国高分子材料科学与工程研讨会学术论文集(下册)[C];2010年
8 苏丹华;张玲;金磊;李春忠;;静电吸附制备玻璃布/碳纳米管增强体改性环氧树脂[A];颗粒学最新进展研讨会——暨第十届全国颗粒制备与处理研讨会论文集[C];2011年
9 张文毓;;碳纳米管及其应用[A];纳米材料和技术应用进展——全国第三届纳米材料和技术应用会议论文集(上卷)[C];2003年
10 吕建伟;王万录;廖克俊;万步勇;张毅;;形变引发碳纳米管膜电阻变化的研究[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李维学;碳纳米管/镁基复合材料的制备与物性研究[D];兰州理工大学;2009年
2 周国华;碳纳米管/AZ31镁基复合材料的制备与等径角挤压研究[D];南昌大学;2010年
3 刘丽娜;碳纳米管—双马来酰亚胺体系的摩擦磨损研究[D];浙江大学;2010年
4 徐立华;电晕等离子体改性碳纳米管及其在环氧树脂中的应用[D];浙江大学;2010年
5 梅蕾;碳纳米管/碳纤维多尺度结构制备及其界面增强效果研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 朱幸福;碳纳米管复合材料及碳纳米管为模板的纳米管的制备与性质研究[D];吉林大学;2011年
7 崔伟;表面修饰碳纳米管/环氧树脂复合材料的界面结构与性能[D];华中科技大学;2011年
8 蒋辽川;半导体金属氧化物修饰碳纳米管的制备及其电催化、光电催化性能的研究[D];华南理工大学;2010年
9 亓钧雷;碳纳米管、碳纳米片、石墨烯及其复合物的制备和场发射性能的研究[D];吉林大学;2010年
10 姚胜红;碳纳米管/聚偏氟乙烯高介电纳米复合材料的显微结构控制与介电性能的关联[D];北京化工大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 金辉;碳纳米管镁基复合材料的界面行为和断裂机制研究[D];兰州理工大学;2010年
2 祝杰;碳纳米管增强镁基复合材料细观力学分析[D];兰州理工大学;2011年
3 徐莺歌;碳纳米管增强镁基复合材料的力学性能研究[D];兰州理工大学;2010年
4 徐勤;碳纳米管树状分子复合材料的制备及其性能研究[D];上海师范大学;2010年
5 祝丽娟;碳纳米管/二氧化硅/炭黑/溶聚丁苯橡胶硫化胶性能研究[D];南京理工大学;2010年
6 林德盟;高分子水凝胶修饰碳纳米管神经元探针[D];南京理工大学;2010年
7 刘晓伟;碳纳米管及其复合物的制备和场发射性能的研究[D];吉林大学;2010年
8 陈晨;碳纳米管的功能化及其复合材料的电化学性能研究[D];北京化工大学;2010年
9 秦瑞红;气体膨胀液体的热力学性质研究及其在碳纳米管功能化修饰中的应用[D];郑州大学;2010年
10 林小静;碳纳米管的低温等离子体改性及其引发苯乙烯接枝共聚[D];天津大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 ;水做载体碳纳米管无所不能[N];大众科技报;2003年
2 记者 何德功;日用碳纳米管材料制成吉祥鸟“纸鹤”[N];新华每日电讯;2003年
3 何鸣;世界最大碳纳米管厂5月在日本投产[N];中国建材报;2010年
4 刘霞;吸入碳纳米管可影响人体免疫力[N];科技日报;2009年
5 本报记者 李宏乾;碳纳米管:性能独特前景诱人[N];中国化工报;2010年
6 常丽君;碳纳米管电探针阵列获专利[N];科技日报;2011年
7 实习生 程凤;碳纳米管具有清洁污水的功能[N];科技日报;2011年
8 记者 王小龙;美制成碳纳米管增强型风电叶片[N];科技日报;2011年
9 何屹;新型碳纳米管纱扭曲能力提高千倍[N];科技日报;2011年
10 记者 常丽君;碳纳米管会伤害细胞[N];科技日报;2011年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978