合金化镀镍碳纳米管增强Nb/Nb5Si3基复合材料组织性能的研究

摘要

目前碳纳米管增强金属基复合材料已经成为了金属基复合材料研究中的一个热门方向，国外这个方向的研究已经发展成熟，但是在国内对它的研究才取得一些的成果，而且其制备的方法比较单一，存在许多问题需要进一步地研究和探索。
　　本文以镀镍多壁碳纳米管为增强相，通过放电等离子烧结技术（SPS）制备多种不同含量镀镍碳纳米管增强的Nb/Nb5Si3基复合材料，研究了镀镍多壁碳纳米管对复合材料组织性能的影响，以及镀镍与未镀镍碳纳米管对复合材料性能之间的区别，同时对复合材料球磨工艺、制备方案以及合金化方面进行了研究与探索，研究结果表明：
　　1、对复合材料粉体球磨时间越长，复合材料组织晶粒越细，但同时碳纳米管微观结构被破坏的越严重，球磨时间达到16h时碳纳米管几乎完全分解为碳单质并存在于复合材料组织中，极大地影响了复合材料组织性能，球磨时间过短虽然能极大地保护碳纳米管的微观结构，但复合材料组织晶粒变得粗大，影响复合材料组织性能，球磨时间10h则刚好能使碳纳米管均匀分散且不会被破坏其微观结构，能较好的提升复合材料综合性能。
　　2、镀镍碳纳米管在相同质量下，与未镀镍多壁碳纳米管相比，实际所含碳纳米管质量较少，当碳纳米管含量增加时，镀镍碳纳米管的增强作用相比未镀镍碳纳米管显著增加，镀镍碳纳米管中的Ni主要与Nb、Si反应生成NiNb4Si，球磨时间过长时则会有Ni3Si2生成，添加过多的镀镍碳纳米管会使得复合材料密度降低，孔隙率增加。
　　2、合金化对复合材料组织性能会造成显著的影响，添加超过3wt％Cr会显著提高复合材料抗氧化性，加入的Cr主要与Nb反应生成Cr2Nb，Cr含量超过5wt%时会生成Nbss/Nb5Si3/Cr2Nb三相共存组织，该组织致密度较低，降低了复合材料综合性能。
　　3、添加2wt%Al会使复合材料韧性显著增加，达到最高值6.94Mpa·m1/2，Al的加入主要与Nb、Si反应生成Al3Nb10Si3并集中在Nb/Nb5Si3相区中间，使得Nb5Si3相硬度上升，过多的Al则会和Nb反应生成AlNb3并分布在Nb相之中，使得Nb相硬度降低，加入Al元素会使复合材料密度下降，添加6wt%Al时复合材料密度降至6.75g/cm3。
　　4、Ti会替代Nb与Si反应生成Ti5Si3和Ti5Si4，该化合物存在于Nb相之中，添加1wt%Ti复合材料断裂韧性提高显著，相比未添加Ti的复合材料，其韧性提高37.6%，但在添加2wt%Ti后复合材料韧性开始下降，Ti的加入使得复合材料硬度增加，致密度升高孔隙率下降，当添加2wt%Ti时复合材料硬度相比提高30%，孔隙率降低45%，当添加1wt%Ti时，其密度达到最高值7.4473g/cm3，相比未添加Ti的复合材料密度提升3.5%。

目录

第1章 绪论

1.1本课题的研究目的及意义

1.2碳纳米管的研究现状

1.3碳纳米管增强复合材料的研究现状

1.4 Nb/Nb5Si3基复合材料合金化的研究

1.5本课题的主要研究内容

第2章 实验原料设备及方案

2.1引言

2.2实验原料及仪器设备

2.3实验方案设计

2.4复合材料组织性能表征方法

2.5合金化碳纳米管增强Nb/Nb5Si3基复合材料的制备

2.6放电等离子烧结简介及参数

第3章 镀镍碳纳米管增强Nb/Nb5Si3复合材料研究

3.1引言

3.2球磨时间对碳纳米管增强Nb/Nb5Si3复合材料的影响

3.3镀镍碳纳米管含量对复合材料的影响

3.4本章小结

第4章 镀镍碳纳米管增强Nb/Nb5Si3复合材料的合金化

4.1引言

4.2Cr对碳纳米管增强Nb/Nb5Si3复合材料的影响

4.3Al对碳纳米管增强Nb/Nb5Si3复合材料的影响

4.4Ti对碳纳米管增强Nb/Nb5Si3复合材料的影响

4.5本章小结

第5章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表论文

致谢