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镁材料是一种有广泛应用潜力的新材料,有许多优点,例如高的比强度、比刚度、良好的加工性能等等,但是也存在抗拉强度和硬度不高等缺陷。为此,本文采取了镀镍碳纳米管和碳化硅两相共同增强的方法,制备CNTs/SiCp/Mg复合材料,然后对性能进行了测试与分析。
首先采用了改进的石墨电弧法制备出优质的碳纳米管。接着,用浓硫酸和浓硝酸组成的混酸进行酸化,不仅提纯了碳纳米管,而且还在碳纳米管的表面上嫁接了官能团,这些官能团的存在对于后来的镀镍过程非常有利。在后面的部分中,本文进一步从理论上探讨了酸化过程的详细机理,分析了混酸中存在的高活性成分,采用石墨和碳纳米管对比的方法,研究了可能的化学反应过程;并提出在完整的无缺陷的碳纳米管中,在不破坏碳纳米管的骨架六元环的前提下,可以在碳纳米管的表面上嫁接官能团。
纯化后,对碳纳米管先进行了敏化、活化处理,接着采用了化学镀的方法,在碳管上镀一层镍磷合金。然后,对其进行热处理,使镍磷合金从非晶态转变为晶态,并对其结构进行了表征。结果表明:热处理后碳纳米管的表面上,存在着三个相,镍磷化合物Ni3P,面心立方结构的镍纳米晶,六方密积结构的镍纳米晶。其中,六方密积结构的镍是宏观上不稳定的一个物态。本文运用热力学原理较为深入地探讨了纳米尺度下两相共存的原因。
最后,采用搅拌铸造法,制备出了镀镍CNTs和SiCp两相共同增强的CNTs/SiCp/Mg复合材料,对其结构和组织进行了表征,对其力学性能进行测试和分析。结果表明:镀镍碳纳米管和碳化硅颗粒协同作用,使复合材料的力学性能大幅度上升。通过这些研究,本文还得到了1.1vol%CNTs/2vol%SiCp/Mg和1.1vol%CNTs/3vol%SiCp/Mg两种力学性能比较优良、有一定实用价值的新材料。其中,前者的抗拉强度、弹性模量和硬度分别比基体材料提高了80%、51.8%和19.5%。