硼掺杂碳纳米管增强镁基复合材料的制备及力学性能

摘要

碳纳米管(CNTs)以其高强度、高模量、综合性能和极小的尺寸,被公认为复合材料的理想增强相。在CNTs增强镁基复合材料中,CNTs与镁基体界面结合直接影响复合材料的性能。探索如何改善CNTs与镁基体界面结合性,对发展高性能镁基复合材料,具有重要的理论意义和实用价值。
　　 本文采用以B2O3为硼源,高温下在原始CNTs上直接掺硼,研究了温度对掺硼量的影响。采用粉末冶金结合热挤压的方法制备出CNTs增强镁基复合材料。研究不同CNTs含量、不同CNTs类型对CNTs／Mg复合材料显微组织、抗压强度、显微硬度的影响,对复合材料断口形貌进行了观察。用真空蒸镀法制备CNTs／Mg薄膜,结合复合材料的减薄样品对CNTs与镁基体的界面进行了分析。
　　 研究结果表明,本实验成功在CNTs上掺杂上硼,且掺硼量随掺硼温度的升高,呈先升高后降低的趋势,在1150℃时,掺硼量最大。掺硼CNTs／Mg复合材料的抗压强度和显微硬度随CNTs含量的增加呈先升高后降低的趋势,且均在CNTs含量为0.5wt.％时达到最高值405.9MPa和59.4HV。当CNTs含量相同时,掺硼CNTs／Mg复合材料的性能优于原始CNTs／Mg复合材料。断口形貌观察表明掺硼CNTs与镁基体的界面结合优于原始CNTs与镁基体的界面结合。TEM观察发现,对CNTs进行掺硼处理,可以改善其与镁基体浸润性,并提高界面结合性。