硬质合金基体上扩散火焰法沉积纳米复合碳材料研究

论文摘要

本文在对国内外燃烧火焰法沉积纳米碳材料研究现状调研的基础上，结合课题组近年来的研究工作，率先采用液态乙醇扩散火焰在YG6硬质合金表面上沉积出了纳米金刚石、纳米碳纤维、纳米碳管等高性能纳米复合碳材料。采用金相显微镜、SEM、XRD、Raman等手段重点评价了这些复合碳材料的形貌、组成和结构，初步探讨了乙醇扩散火焰法沉积纳米复合碳材料的形成规律以及不同的基体表面预处理方式对火焰法沉积产物的影响。燃烧装置选用普通实验室用酒精灯，沉积工艺为酒精灯灯芯露出灯嘴1cm，灯芯头部到样品的垂直距离为4.5cm，硬质合金基体放置在火焰内焰水平面的中心位置，预处理后的基体表面朝下正对火焰，沉积时间分别为30min、60min。实验结果均表明基体表面预处理方式对扩散火焰沉积纳米碳材料的形貌、组成、结构等具有显著影响。浸蚀法表面预处理是一种工艺简单、费用低廉且适合于批量生产的方法。对YG6硬质合金来说，未经任何处理的基体表面火焰法沉积产物主要为纳米晶石墨。经简单的一步法酸蚀脱Co后，不能有效、深入地除去基体表层的粘结相Co，表面火焰法沉积产物主要为纳米金刚石和石墨的复合碳材料。经二步法酸碱浸蚀预处理(先用Murakami剂浸蚀WC相，再用酸浸蚀除Co相)后，表面火焰法沉积产物主要为晶形较好、产物较纯的球状纳米金刚石。为了提高扩散火焰法沉积产物(主要是碳纳米材料)的产量及其与表面基体的结合力，通过中间层法的预处理方式在基体表面引入了一厚约为20μm的电镀纯镍层。在上述同样的火焰沉积工艺下，研磨态硬质合金表面直接镀镍预处理后，沉积产物主要为纳米碳纤维。研磨态硬质合金表面经稀硝酸浸蚀．镀镍复合预处理后，沉积产物主要为管径更细的纳米碳管。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• CONTENTS
• 第1章 绪论
• 1.1 燃烧火焰概述
• 1.1.1 燃烧火焰的分类
• 1.1.2 燃烧火焰中的反应机理
• 1.1.3 燃烧火焰中的析碳过程
• 1.2 硬质合金基体上沉积金刚石膜预处理方法的研究进展
• 1.2.1 物理预处理法
• 1.2.2 化学预处理法
• 1.2.3 中间层法
• 1.3 火焰法合成碳材料的研究现状
• 1.3.1 火焰法沉积富勒烯
• 1.3.2 火焰法沉积类金刚石膜
• 1.3.3 火焰法沉积金刚石薄膜
• 1.3.4 火焰法沉积碳纳米管
• 1.4 本文的研究目的及意义
• 第2章 实验机理、工艺与表征方法
• 2.1 碳材料的生长机理
• 2.1.1 类金刚石碳生长机理
• 2.1.2 金刚石生长机理
• 2.1.3 碳纳米管生长机理
• 2.2 实验工艺
• 2.2.1 实验用沉积火焰
• 2.2.2 实验过程
• 2.3 实验样品检测与表征
• 第3章 浸蚀预处理对硬质合金表面火焰法沉积产物的影响
• 3.1 原始态硬质合金表面火焰法沉积产物的表征
• 3.1.1 样品制备工艺
• 3.1.2 实验结果与分析
• 3.2 一步法酸浸蚀预处理对硬质合金表面火焰法沉积产物的影响
• 3.2.1 样品制备工艺
• 3.2.2 实验结果与分析
• 3.3 两步法酸碱浸蚀预处理对硬质合金表面火焰法沉积产物的影响
• 3.3.1 样品制备工艺
• 3.3.2 实验结果与分析
• 3.4 讨论
• 3.5 本章小结
• 第4章 复合预处理对硬质合金表面火焰法沉积产物的影响
• 4.1 硬质合金表面电镀镍层
• 4.1.1 硬质合金表面电镀镍层的前处理与工艺
• 4.1.2 镀层厚度
• 4.1.3 镀镍层的表征与分析
• 4.2 研磨态硬质合金表面镀镍预处理对火焰法沉积产物的影响
• 4.2.1 样品制备工艺
• 4.2.2 实验结果与分析
• 4.3 研磨态硬质合金表面酸蚀脱钴-镀镍复合预处理对火焰法沉积产物的影响
• 4.3.1 样品制备工艺
• 4.3.2 实验结果与分析
• 4.4 电镀镍硬质合金基体扩散火焰沉积纳米碳材料的探讨
• 4.5 本章小结
• 结论
• 展望与建议
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢