碳纳米管/泡沫铝复合材料的制备与性能研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dengliguo1971
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泡沫铝具有轻质、吸能、阻尼和吸声等优异特性,可被应用于航空航天、汽车等工业领域。但是,目前的泡沫铝材料存在强度低、吸能能力有限等性能不足,限制了其广泛应用。自碳纳米管(CNTs)被发现以来,由于其轻质和优异的力学性能,已成为理想的复合材料增强相。因此,科研人员已经对CNTs增强泡沫铝复合材料进行了研究,希望通过CNTs的增强、增韧作用提高泡沫铝的综合力学性能。然而,目前所制备的CNTs/泡沫铝复合材料性能并不理想,仍存在CNTs在基体中分布不均、复合材料力学性能提高幅度有限、吸能效率低等问题。所以,进一步探讨CNTs/泡沫铝复合材料的制备工艺与性能具有重要意义。从提高CNTs/泡沫铝复合材料吸能和阻尼性能角度出发,本文设计并实现了通过粉末冶金、化学气相沉积(CVD)、造孔剂技术制备新型CNTs/泡沫铝原位复合材料,研究了压制压强、CNTs合成工艺、造孔方法等对CNTs/泡沫铝复合材料制备与性能的影响,重点分析了CNTs/泡沫铝复合材料的吸能性能和阻尼性能。对冷压工艺中压制压强的研究表明:在400MPa下,可获得颗粒结合性强、压缩性能好的泡沫铝。通过溶解-烧结法去除造孔剂后,采用CVD法、NiO作为催化剂前驱体,在550℃、0.3wt.%Ni条件下可在泡沫铝孔洞中原位合成形貌好、石墨化程度高的网状CNTs,制备的CNTs/泡沫铝复合材料吸能能力在应变量0.7时达到47.3MJ/m3,比NiO/泡沫铝复合材料、纯铝泡沫分别提高了27.2%和79.1%。采用直接烧结法去除造孔剂,NiO作为催化剂前驱体时,合成CNTs的最佳CVD参数为550℃、0.2wt.%Ni,CNTs/泡沫铝复合材料吸能能力在应变量0.7时达到46.5MJ/m3;Ni(NO32作为催化剂前驱体时,合成CNTs的最佳CVD参数为550℃、0.3wt.%Ni,CNTs/泡沫铝复合材料吸能能力在应变量0.7时达到16.8MJ/m3。比较而言,采用溶解-烧结法、NiO作为催化剂前驱体可制得吸能性能较佳的CNTs/泡沫铝复合材料。采用单悬臂法对CNTs/泡沫铝复合材料低频阻尼性能进行研究的结果表明:在应变为4.7×10-4时,复合材料的阻尼值可达到0.058;CNTs/泡沫铝复合材料内耗峰的峰值比NiO/泡沫铝复合材料、纯铝泡沫分别提高了12.9%和22.8%。
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