化学气相沉积原位合成碳纳米管增强钛基复合材料

摘要

碳纳米管(CNTs)作为一维纳米材料，其高模量、高强度及综合性能是复合材料的理想增强体。利用CNTs为增强体制备钛基复合材料，探索新的CNTs增强钛基复合材料的制备工艺并研究其对材料性能的影响，对开发CNTs的应用领域和改善钛合金的性能，具有重要的理论意义和实用价值。 本论文首次通过沉积-沉淀法制备Ni/Ti催化剂，采用化学气相沉积法在钛粉基体上原位合成了CNTs/Ti复合粉末。研究了催化剂Ni含量、还原温度、CNTs合成温度、载气类别及反应气与载气比例对CNTs生长的影响，并探讨了CNTs的生长机理。结果表明，催化剂含量和反应合成温度等因素对CNTs的形成有重要影响。当催化剂Ni含量为3wt％，合成温度为550℃时，甲烷裂解可得到形貌、产率、纯度最佳的CNTs产物，从而实现了在Ti粉基体上原位合成CNTs的目的，该工艺为CNTs/Ti复合材料的制备提供了新的途径。 以合成的复合粉末为原料，采用粉末冶金法制备了CNTs/Ti复合块体材料，并对其进行密度、硬度测试。采用干磨法对复合材料进行了摩擦磨损实验，并与金属钛和钛镍合金的耐磨性能进行了对比。结果表明，CNTs的加入使CNTs/Ti复合材料的耐磨性能提高，随磨擦时间和加载载荷的增加，CNTs/Ti复合材料磨损量的增加速率低于金属钛，在摩擦不同阶段，出现了磨粒磨损、氧化磨损等特征。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1国内外钛基复合材料的研究概况

1.1.1钛基复合材料的研究现状

1.1.2钛基复合材料的基体和增强体的选择

1.2碳纳米管简介

1.2.1碳纳米管的发现

1.2.2碳纳米管的分类和微观结构

1.2.3碳纳米管的性能

1.2.4碳纳米管的制备方法

1.2.5碳纳米管的应用与发展

1.3原位合成钛基复合材料制备方法与性能

1.3.1原位合成钛基复合材料的制备方法

1.3.2原位合成钛基复合材料的性能

1.3.3原位合成碳纳米管/钛基复合材料研究意义

1.4碳纳米管/钛基复合材料的摩擦磨损性能研究

1.4.1摩擦磨损机理

1.4.2钛合金和钛基复合材料耐磨性研究意义

1.5本论文工作的意义及主要研究内容

第二章 实验材料、仪器及分析方法

2.1实验材料和方法

2.1.1实验原材料

2.1.2原位合成CNTs/Ti复合粉末的制备工艺

2.1.3 CNTs/Ti复合块体及金属钛块体材料的制备

2.2实验仪器及用途

2.2.1样品制备仪器与设备

2.2.2试样结构及性能分析仪器与设备

2.3实验测试方法

2.3.1 CNTs的产率和含量的测定

2.3.2密度的测试

2.3.3硬度测试

2.3.4碳纳米管拉曼光谱表征

2.3.5摩擦磨损性能测试

第三章原位合成CNTs/Ti复合粉末制备工艺及生长机理研究

3.1原位合成CNTs/Ti复合粉末制备工艺研究

3.1.1合成温度的影响

3.1.2催化剂镍含量的影响

3.1.3催化剂前驱体还原温度的影响

3.1.4反应气与载气比例对最终产物的影响

3.1.5载气类别与温度对反应产物的影响及其与温度的关系

3.2 CNTs生长机理研究

3.3本章小结

第四章CNTs/Ti复合材料制备与性能

4.1 CNTs/Ti复合块体的制备工艺

4.1.1复合材料粉末的制备

4.1.2材料的成型

4.1.3材料的烧结

4.2 CNTs/Ti复合块体材料的密度

4.3 CNTs/Ti复合块体材料的微观组织形貌

4.4 CNTs/Ti复合块体材料的硬度

4.5 CNTs/Ti复合块体材料的摩擦磨损性能研究

4.5.1不同磨擦时间下材料的磨损性能

4.5.2不同载荷下的磨损性能

4.5.3 TiNi合金与CNTs/Ti复合材料摩擦磨损性能的比较

4.6本章小结

第五章全文结论和创新点

5.1全文结论

5.2工作创新点

5.3本工作的发展建议

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢