第２５卷第２期 ２ ０１ ３年４月 沈阳大学学报（自然科学版） Ｖｏ１．２５，Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２ ０ １ ３ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈｅｎｙａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） 文章编号：２０９５－５４５６（２０１３）０２—０１２８—０４ 碳纳米管／铝基复合材料的制备与性能 范冰冰ｈ ，王彬彬ｈ，陈 浩ｈ，王光建ｈ，张（１．郑州大学ａ．材料科学与工程学院；ｂ．物理工程学院，河南郑州锐ｈ， ４５０００１； ２．郑州航空工业管理学院，河南郑州摘 ４５００４６） 要：采用石蜡作为修饰剂分别对ＣＮＴｓ—ＣＯＯＨ和纯Ａｌ粉进行修饰，物料经过粉碎、球磨、干压成 型后，分别在６５０℃、６７０℃、６９０℃、７２０℃进行烧结，将烧成的坯体在５００℃、３０ ＭＰａ压力下进行热压后挤出 成型．分别采用硬度仪、万能试验机测试了样品的硬度及拉伸性能，利用扫描电镜观察烧结样品的断面形貌． 结果表明：采用石蜡修饰后的ＣＮＴｓ，表现出较好的分散性；当复合材料的烧结温度为６７０℃时，制备得到 ＣＮＴｓ（石蜡）／Ａ１复合材料具有较高的硬度和较大的拉伸应力，复合材料呈现明显韧性断裂． 关键词：碳纳米管／Ａ１复合材料；石蜡；功能化；力学性能 文献标识码：Ａ 中图分类号：ＴＢ ３８３ 纤维增强铝基材料具有高比强度、高比模量、 剂，分别对碳纳米管和Ａｌ粉进行修饰，研究了不 同的修饰方式对复合材料力学性能的影响． 高热稳定性和优良耐磨损、易加工等优点，在航 空、航天及汽车制造等工业具有广泛的应用前 景［１］．由于碳纳米管具有纳米级的管径，比表面积 １ 实验过程 首先采用粉碎机（多功能粉碎机，ＳＢ一０２，上 大，比表面能高，很容易发生缠绕团聚，影响碳纳 米管的增强效果．在制备碳纳米管增强金属基复 合材料的过程中，关键的步骤是如何将碳纳米管 均匀、弥散地分散在金属基体中，或使其呈束状分 布，避免增强相在基体中团聚形成弱相．目前，众 多研究者主要关注如何提高碳纳米管分散性在基 体材料中的分散性能．如：王宝民等人采用阿拉伯 海市蒲恒信息科技有限公司）粉碎ＣＮＴ—ＣＯＯＨ （ＣＮＴ—ＣＯＯＨ，管径３Ｏ～５０ ｎｍ，长度１Ｏ～１５ ａｍ，成都有机所），采用液体石蜡分别对碳纳米管 ，和铝粉（粒径２００，ａｍ，河南远洋铝业）表面进行修 饰，然后将修饰后的ＣＮＴ—ＣＯＯＨ（２ ）与铝粉 球磨９０ ｍｉｎ（添加０．３ ＰＶＰ）充分混合，以下标 胶为分散剂，制备出分散性能良好的多壁碳纳米 管［２ ；许龙山等首先对碳纳米管进行亲水化表面 记为ＣＮＴｓ（石蜡）／Ａ１；采用石蜡修饰后的铝粉与 碳纳米管（２ ）球磨９０ ｍｉｎ（添加０．３ ＰＶＰ），充 处理，利用共沉积法制备出了碳纳米管一超细铜粉 复合粉体，使碳纳米管均匀地分散在超细铜粉中， 并与铜粉表现出较好的相容性，较好地解决了碳 纳米管的分散问题［３］．李爱兰等人采用碳纳米管 表面镀镍工艺，然后与硼酸铝晶须混杂增强２０２４ 分混合，以下标记为ＣＮＴｓ／（石蜡）Ａ１．将混合均 匀的样品球磨９．５ ｈ，转速为４００ ｒ／ｍｉｎ，干压成 型，压力３０ ＭＰａ，保压１５ Ｓ，烧结温度分别为６５０， ６７０，６９０，７２０℃．烧成的坯体置于５００℃模具中， 加压３０ ＭＰａ，保压１５ Ｓ后，再用液压机（ＹＦ４１，无 铝合金，研究结果发现：通过镀镍处理，了碳 纳米管与基体之间的反应，制备出高强度、高硬度 及高弹性模量的复合材料＿４］．然而，目前，采用石 锡杰成液压机机械厂）热挤（温度为５００℃，挤压 比为２５：１）出棒材． 采用硬度仪、万能实验机（ＷＤＷ—１００，上海 研润光机科技有限公司）分别测试了样品的硬度 及抗拉性能．采用扫描电子显微镜（ＪＳＭ一６７００Ｆ， 蜡作为修饰剂，改善碳纳米管与Ａｌ基体之间的 结合性能，尚未见报道．本文选用液体石蜡为修饰 收稿日期：２０１２—１１—１８ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９７２１３２）． 作者简介：范冰冰（１９８２一），女，河南淮阳人，郑州大学讲师，ｔｇ￣ 第２期 范冰冰等：碳纳米管／４ｇ基复合材料的制备与性能 １３１ 研究ＥＪ］．中国矿业大学学报，２０１２，４１（５）：７５８—７６３． ３结 论 （Ｗａｎｇ Ｂａｏｍｉｎ，Ｈａｎ Ｙｕ，Ｓ０ｎｇ Ｋａｉ，ｅｔ ａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｄｅｃｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ＩＮｓｐｅｒｓｉｏｎ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ 通过对碳纳米管／铝复合材料性能的研究，得 出以下结论： ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｎｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１２，４１（５）：７５８—７６３．） （１）在功能化处理方面：应选择对碳管表面 进行修饰，这样有利于碳管分散，降低团聚，使复 合材料力学性能提高，其中硬度最大可以达到 ８８ ＭＰａ，最大拉伸应力可以达到２４０ ＭＰａ． ［３］许龙山，陈小华，吴玉蓉，等．碳纳米管铜基复合材料的制 备口］．中国有色金属学报，２００６，１６（３）：４０６—４１１． （Ｘｕ Ｌｏｎｇｓｈａｎ，Ｃｈｅｎ Ｘｉａｏｈｕａ，Ｗｕ Ｙｕｒｏｎｇ，ｅｔ ａ１． Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ＣＮＴｓ／Ｃｕ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ［Ｊ］＿Ｔｈｅ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ，２００６，１６（３）：４０６—４１１．） （２）复合材料的烧结温度方面：随着烧结温 度的升高，复合材料的力学性能呈现先增加后减 小的趋势，综合硬度、抗拉强度分析，当烧结温度 在６７０℃的时候，制备得到的复合材料具有最佳 性能． ［４］李爱兰．碳纳米管表面化学镀镍及其混杂增强铝基复合材 料研究［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２００９． （Ｌｉ Ａｉｌａｎ．Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ Ｃｏａｔｉｎｇ ｏｆ Ｎｉｃｋｅｌ ｏｎ Ｍｕｌｔｉｗａｌｌ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ ａｎｄ Ｈｙｂｒｉｄ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ［Ｄ］．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９．） Ｈａｒｂｉｎ：Ｈａｒｂｉｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ （３）复合材料的断裂形式：复合材料的拉伸 断口存在很多细小的韧窝，断裂为延性断裂，碳纳 Ｅ５］周胜名．碳纳米管增强铝基复合材料的无压渗透法制备及 性能研究［Ｄ］．杭州：浙江大学，２００９． （Ｚｈｏｕ Ｓｈｅｎｇｍｉｎｇ．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ 米管与基体界面结合完好；复合材料的断裂涉及 碳纳米管的拔断以及碳纳米管的桥接． Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｂｙ Ｐｒｅｓｓｕｒｅｌｅｓｓ Ｉｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｄ］．Ｈａｎｇｚｈｏｕ： 参考文献： Ｅｌ３杨益，杨盛良．碳纳米管增强金属基复合材料的研究现状 及展望［Ｊ］．材料导报，２００７（增刊１）：１８２—１８４． （Ｙａｎｇ Ｙｉ，Ｙａｎｇ Ｓｈｅｎｇｌｉａｎｇ． Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ Ｍｅｎｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ Ｚｈ＠ａｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００９．） １－６］邓春锋，马艳霞，薛旭斌，等．碳纳米管增强２０２４铝基复合 材料的力学性能及断裂特性［Ｊ］．材料科学与工艺，２０１０， １８（２）：２２９—２３２． ． （Ｄｅｎｇ Ｃｈｕｎｆｅｎｇ，Ｍａ Ｙａｎｘｉａ，Ｘｕｅ Ｘｕｂｉｎ，ｅｔ ａ１．Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｆｒａｃｔｕｒｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ２０２４ ＡＩ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｂｙ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｖｉｅｗ， ２００７（Ｓ１）：１８２—１８４．） ｏｍｐｏｓｉＣｔｅ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ｗｉｔｈ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｈｅ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，１８（２）：２２９—２３２．） ［２］王宝民，韩瑜，宋凯，等．碳纳米管的表面修饰及分散机理 Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｎａｎｏｔｕｂｅｓ／Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ Ｆａｎ Ｂｉｎｇｂｉｎｇ ’ ，Ｗａｎｇ Ｂｉｎｂｉｎｈ，Ｃｈｅｎ Ｈａｏｈ，Ｗａｎｇ Ｇｕａｎｇｊｉａｎｈ，Ｚｈａｎｇ Ｒｕｉ ， （１．ａ．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；ｂ．Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００１，Ｃｈｉｎａ；２．Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００４６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣＮＴ。一ＣＯＯＨ ａｎｄ ｐｕｒｅ Ａ１ ｐｏｗｄｅｒｓ ｗｅｒｅ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｂｙ ｌｉｑｕｉｄ ｐａｒａｆｆｉｎ ａｓ ｍｏｄｉｆｙｉｎｇ ａｇｅｎｔ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｗｅｒｅ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ａｔ ６５０℃，６７０℃，６９０℃，ａｎｄ ７２０℃ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ａｆｔｅｒ ｃｒｕｓｈｉｎｇ，ｂａｌｌ ｍｉｌｌｉｎｇ ａｎｄ ｄｒｙ ｐｒｅｓｓｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｈｅ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ｂｒｉｃｋ ｗａｓ ｅｘｔｒｕｄｅｄ ｕｎｄｅｒ ５００℃，３０ Ｍｐａ．Ｍｅｃｈａｎｉｃａ１ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｗｅｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ａ ｔｅｎｓｉｌｅ ｔｅｓｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｏｂｓｅｒｖｅｄ ｕｓｉｎｇ ＳＥＭ．Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｈａｒｄｎｅｓｓ ａｎｄ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ＣＮＴｓ（１ｉｑｕｉｄ ｐａｒａｆｆｉｎ）／Ａｌ ｗｅｒｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｍａｒｋｅｄｌｙ ｔｈａｎ ｔｈｅ ＣＮＴｓ／（１ｉｑｕｉｄ ｐａｒａｆｆｉｎ）Ａ１ ｗｈｅｎ ｓｉｎｔｅｒｅｄ ａｔ ６ ７０℃． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＣＮＴｓ／Ａ１ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；ｌｉｑｕｉｄ ｐａｒａｆｆｉｎ；ｆｕｎｃｔｉｏｎａ１ｉｚａｔｉｏｎ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ． 【责任编辑：祝颖】
