添加碳纳米管对Ti（C，N）基金属陶瓷显微组织和力学性能的影响

论文摘要

本论文共分五章，第一章为绪论，简要介绍了Ti(C，N)基金属陶瓷的组织性能和发展过程。同时概述了碳纳米管(CNTs)及其增强复合材料的发展现状和趋势。第二章介绍了碳纳米管表面化学镀镍、实验原料及Ti(C，N)基金属陶瓷的制备工艺。第三章Ti(C，N)基金属陶瓷力学性能的测试方法以及显微组织的表征方法。第四章讨论了Ti(C，N)基金属陶瓷成分，显微组织和宏观力学性能之间的关系。本章详细分析了碳纳米管添加量对金属陶瓷组织以及力学性能的影响。实验结果表明：(1)随着碳纳米管添加量的增加，XRD衍射图中粘结相Ni的衍射峰逐渐右移；在碳纳米管添加量低于2.5wt％时这种现象尚不明显，但达到2.5wt％以后，衍射峰明显右移，以至Ni的第三个衍射峰几乎与Ti(C，N)的衍射峰重叠。这是由于在烧结过程中部分碳纳米管转化为游离石墨，与粘结相中溶解的Mo，W，Ti等金属元素发生反应生成“壳”。而Mo，W，Ti的原子半径都比Ni的大，所以Ni的点阵畸变减小，晶格常数随之减小，X射线的掠射角(θ)随之增大，衍射峰右移。(2)Ti(C，N)基金属陶瓷同时呈现经典的黑芯／灰壳结构以及白芯／灰壳结构。白芯／灰壳结构的体积分数随着碳纳米管含量的增加而增加。显微组织中的孔洞数量也随着碳纳米管含量的增加而增加。(3)随着碳纳米管加入量的增加：Ti(C，N)基金属陶瓷的孔洞数量逐渐增加，致密度逐渐减小，增加和减小的幅度在碳纳米管的加入量为5.0wt％之前都很小，随后急剧增大，这与碳纳米管的团聚现象有关；硬度变化趋势基本与致密度一致；抗弯强度先增加后减小，峰值在1.0wt％；断裂韧性也是先增加后减小，峰值在2.5wt％。观察到的碳纳米管增韧机制为拔出机制。碳纳米管添加量为1.0wt％时，金属陶瓷的综合机械性能最好。第五章对全文进行了简单的总结，并提出了对未来工作的建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 金属陶瓷概述
• 1.2.1 金属陶瓷的定义
• 1.2.2 金属陶瓷的发展历史
• 1.2.3 金属陶瓷的分类及应用
• 1.2.3.1 氧化物型（氧化物—金属）
• 1.2.3.2 碳化物型（碳化物—金属）
• 1.2.3.3 氮化物型（氮化物—金属）
• 1.2.3.4 碳氮化物基金属陶瓷（碳氮化物—金属）
• 1.2.3.5 硼化物型（硼化物—金属）
• 1.2.3.6 硅化物型（硅化物—金属）
• 1.2.3.7 金刚石或石墨型（金刚石或石墨—金属）
• 1.3 Ti（C，N）基金属陶瓷的制备、组织、性能以及成分对性能的影响
• 1.3.I Ti（C，N）基金属陶瓷的制备
• 1.3.2 Ti（C，N）基金属陶瓷的组织
• 1.3.3 Ti（C，N）基金属陶瓷的性能
• 1.3.4 成分对 Ti（C，N）基金属陶瓷组织和性能的影响
• 1.4 碳纳米管及其增强复合材料
• 1.4.1 碳纳米管的结构
• 1.4.2 碳纳米管的性能
• 1.4.3 碳纳米管的制备
• 1.4.4 碳纳米管增强复合材料
• 1.4.4.1 碳纳米管增强金属基复合材料
• 1.4.4.2 碳纳米管增强聚合物基复合材料
• 1.4.4.3 碳纳米管增强陶瓷基复合材料
• 1.5 本课题研究的目的及意义
• 第二章 实验方案设计及试样制备
• 2.1 实验设想及方案
• 2.2 成分设计
• 2.3 碳纳米管表面化学镀镍
• 2.3.1 化学镀镍简介
• 2.3.2 碳纳米管的镀前处理
• 2.3.3 碳纳米管化学镀镍
• 2.4 金属陶瓷试样的制备
• 2.4.1 原料粉末的性能指标
• 2.4.2 制备过程
• 2.4.2.1 球磨
• 2.4.2.2 成型工艺
• 2.4.2.3 烧结工艺
• 2.4.2.4 关键问题
• 2.4.3 试样后处理
• 第三章 性能测试
• 3.1 烧结体密度测试
• 3.2 抗弯强度测试
• 3.3 硬度测试
• 3.4 断裂韧性测试
• 3.5 XRD物相分析
• 3.6 SEM观察和EDX能谱分析
• 第四章 实验结果与分析
• 4.1 引言
• 4.2 XRD物相分析
• 4.3 碳纳米管加入对金属陶瓷显微组织的影响
• 4.4 碳纳米管加入对金属陶瓷力学性能的影响
• 4.4.1 对致密度的影响
• 4.4.2 对硬度的影响
• 4.4.3 对抗弯强度的影响
• 4.4.4 对断裂韧性的影响
• 第五章 全文总结
• 5.1 全文总结
• 5.2 对未来工作的建议
• 参考文献
• 硕士期间发表论文