一维/二维混合碳纳米相增强铝基复合材料的微观组织与力学性能

摘要

碳纳米管(CNT)和石墨烯(Graphene)拥有优秀的力学和物理性能,是金属基复合材料中理想的增强体。本文采用球磨工艺+氢热还原法将碳纳米管(CNT)和还原氧化石墨烯(RGO)引入到铝粉表面构建CNTRGO混合增强体,然后利用放电等离子烧结系统(SPS)和轧制工艺,制备CNT-RGO/Al复合材料。通过EBSD、SEM、TEM以及拉伸等方法分析研究了CNT-RGO/Al复合材料内CNT和RGO增强相分布、界面结构、晶粒形貌和力学性能,探索了复合材料内CNT和RGO的协同强化机制。结果表明:CNT-RGO/Al复合材料表现出优异的力学性能,屈服强度和抗拉强度分别为228 MPa和268 MPa,比纯铝的屈服强度和抗拉强度分别增大了153%和143%,伸长率仍保持在8.5%。复合材料内还原氧化石墨烯的添加不仅促使一维的CNT和二维的RGO形成桥连结构,有益于载荷的传递,而且能够调控C与Al基体间的界面反应,有利于复合材料的C-Al界面结合。CNT-RGO混合增强体协同强化效果优于单纯的一维CNT增强体。