近年来,社会发展越来越迅速,传统金属材料开始变得难以满足科技发展的需求。碳纳米管增强铝基复合材料(CNTs/Al)有望获得轻质、高强、耐蚀等优异性能,在航天航空、交通运输、体育器材等诸多领域有着广泛的应用前景,成为近年来研究的热点。但是,所报道的CNTs/Al复合材料性能仍未达到人们的预期。本文首先采用不同球磨方式制备CNTs/Al复合粉体,再采用放电等离子烧结(SPS)、热挤压等工艺制备出CNTs/Al复合材料,然后采用X射线衍射仪、拉曼光谱、扫描电子显微镜、显微硬度计、电子万能试验机等设备对复合材料的组织与性能进行检测分析,从而比较得出一种较为优异的制备工艺。结果表明:高能球磨能较好地将碳纳米管分散在铝颗粒表面,溶液球磨较普通球磨有着更有好的分散效果,并能减少碳纳米管结构的损坏;由于在球磨过程中存在乙醇溶液的冷却作用,溶液球磨能减少铝颗粒的焊合,细化铝基体晶粒,得到更为细小均匀的显微组织,从而使复合材料获得更为优良的力学性能。溶液球磨6小时制得的复合材料抗拉强度能达到201 MPa,较同样时间干磨工艺制备复合材料的抗拉强度(160 MPa)有着显著的提高。然后,针对分散效果更好的溶液球磨方式,本文进一步研究了球磨时间对复合材料显微组织结构和力学性能的影响,并采用透射电子显微镜(TEM)来观察复合材料中碳纳米管分布情况及其与铝基体的界面结合情况。结果表明:球磨时间的延长能进一步细化铝基体晶粒,同时有助于复合粉体中碳纳米管的分散,实现复合材料显微组织的细化与均匀化,但长时间的球磨会增加对其对碳纳米管结构的的破坏作用。随着球磨时间从2h延长到10h,复合材料的显微维氏硬度从55 HV增加到74 HV,其抗拉强度由171 MPa提升到221 MPa,但是其延伸率却是先逐渐升高后有所降低。通过高分辨透射电镜观察到了复合材料中存在的Al4C3,少量Al4C3的生成能在一定程度上提高碳纳米管与铝基体的界面润湿性,增强界面结合,有助于提升复合材料的力学性能。
