纳米碳管—碳化钛复合粉体的制备

论文摘要

碳化钛具有高硬度、高强度、耐高温、抗氧化强、导电导热性能好等优点。碳化钛作为复合材料应用于刀具,航空航天、机械加工等领域,被广泛作为电接触涂层、金刚石涂层等材料。碳化钛超细复合粉体作为复合材料的增强相,具有极大的开发价值和应用前景。纳米碳管具有优异的耐热、耐腐蚀、传热和导电、高温高强度、自润滑等性能,同碳化钛结合,制备出复合材料,可以提高碳化钛粉体的综合性能。本文研究内容有以下几个方面:（1）以钛铁矿为原料,采用微波等离子体化学气相沉积原位生长纳米碳管。从热力学角度分析了纳米碳管生长过程钛铁矿还原的可能性,分析结果表明:生长纳米碳管的同时钛铁矿被还原为二氧化钛。（2）研究了温度、气体流量、反应腔气压对纳米碳管生长的影响,得出纳米碳管的最佳生长条件:微波功率600W,甲烷流量:55sccm,氢气流量2.3sccm,腔体气压5.5KPa。（3）通过微波加热碳化纳米碳管/二氧化钛复合粉体制备纳米碳管/碳化钛复合粉体。研究了微波加热碳化时微波功率和碳化时间对碳化产物的成份和形貌的影响。结果表明:微波功率高反应快,但过高的功率会导致粉末团聚,碳化时间短碳化不完全,碳化时间长粉末粒度增加。制备纳米碳管/碳化钛复合粉体的最佳工艺条件为微波功率700W,碳化时间10min。（4）采用复合电镀工艺,以纳米碳管/碳化钛复合粉体为添加剂制备了镍基-纳米碳管/碳化钛复合镀层,测试了其硬度和摩擦系数。结果表明纳米碳管/碳化钛复合粉体能大大提高镍镀层的硬度及摩擦性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 碳化钛的制备方法
• 1.2.1 碳热还原法
• 1.2.2 化学气相沉积法
• 1.2.3 微波碳热还原法
• 1.2.4 熔融金属浴中合成
• 1.2.5 球磨法
• 1.2.6 高温自蔓延法（SHS）
• 1.2.7 溶胶-凝胶法
• 1.2.8 直接碳化法
• 1.2.9 镁热还原法
• 1.2.10 其它几种方法
• 1.3 碳化钛的应用
• 1.3.1 TiC 在复相材料中的应用
• 1.3.2 涂层材料
• 1.3.3 泡沫陶瓷
• 1.3.4 在红外辐射陶瓷材料方面的应用
• 1.4 纳米碳管
• 1.4.1 纳米碳管的介绍
• 1.4.2 纳米碳管的性能
• 1.4.3 纳米碳管的合成方法
• 1.5 研究背景
• 1.6 研究内容
• 第2章 化学气相沉积生长纳米碳管
• 2.1 实验材料
• 2.2 实验装置
• 2.3 制备工艺
• 2.4 表征手段
• 2.4.1 透射电子显微镜
• 2.4.2 扫描电子显微镜
• 2.4.3 X 射线衍射仪
• 2.4.3 拉曼光谱
• 2.5 纳米碳管的生长分析
• 2.6 钛铁矿初步还原的热力学分析
• 2.7 纳米碳管生长的影响因素分析
• 2.8 生长时间对粉末成份的影响
• 2.9 生长纳米碳管SEM 分析
• 第3章 碳化
• 3.1 原料
• 3.2 实验装置
• 3.3 实验过程
• 3.4 微波碳化的机理分析及优点
• 3.5 碳化的热力学分析
• 3.6 碳化的影响因素分析
• 3.6.1 功率的影响
• 3.6.2 时间的影响
• 3.6.3 保温时间对TiC 粉末粒度的影响
• 3.7 碳化后粉末表面形貌分析
• 第4章 电镀
• 4.1 仪器与原料
• 4.2 实验过程
• 4.3 复合镀层影响因素分析
• 4.4 镍基纳米碳管/碳化钛复合镀层的机械性能分析
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间已发表的论文
• 致谢