制备碳纳米管增强镁基复合材料的两种方法比较

由于镁的化学活性很高，容易与许多元素发生化学反应。因此，在制备镁基复合材料时，增强相的正确选取显得极为重要。陈煜等人^[15]在制备碳纤维增强镁基复合材料的过程中，发现纯镁与碳不发生反应。Zhou和张修庆等人^[98，99]的研究发现碳纳米管（Carbon Nonotubes，CNTs）比碳纤维更稳定，而且碳纳米管具有更高的综合力学性能，因而碳纳米管可能成为镁基复合材料一种理想的纳米纤维增强材料。但由于碳纳米管的表面能高、密度小，导致其在与镁基体复合过程中极易形成团聚，不易复合，从而影响复合材料的性能，起不到良好的增强效果。

目前，碳纳米管增强镁基复合材料的制备工艺方法主要是粉末冶金法和搅拌铸造法。粉末冶金法的优点在于复合材料的制备过程中镁基体不必经过全熔的高温状态，因而能够避免铸造法带来的强烈氧化现象，镁基体与碳纳米管增强相界面处发生过量反应等问题。而且粉末冶金法可以任意改变增强相与基体的配比，制得高体积分数的碳纳米管增强镁基复合材料，并且碳纳米管在镁基体内分布均匀。但是粉末冶金工艺设备复杂，成本较高，不易制备形状复杂的零件，而且在生产过程中存在粉末燃烧、爆炸等危险，不易大规模工业化生产。搅拌铸造法是通过机械搅拌或电磁搅拌等方法，使碳纳米管充分弥散分布到金属或合金熔体中，最后浇铸或压铸成形的工艺方法。搅拌铸造法设备简单，生产率高，但铸造气孔较多，碳纳米管分布不均匀，容易形成团聚。(www.xing528.com)

本章首先采用第2章中介绍的实验材料、实验设备和实验方法，先根据碳纳米管含量的不同和球磨分散处理时间的不同的要求制备了碳纳米管孕育块，然后在熔炼时利用钟罩把碳纳米管孕育块压浸入镁熔体中搅拌制备碳纳米管增强AZ31镁基复合材料。研究了碳纳米管孕育块的制备工艺以及碳纳米管孕育块铸造法制备碳纳米管增强镁基复合材料的工艺特点。并利用扫描电子显微镜（SEM）观察分析了碳纳米管在孕育块及复合材料中的分散效果。建立了碳纳米管增强复合材料的数学模型，对碳纳米管增强镁基合金的原理进行了分析，为碳纳米管增强镁基复合材料的制备提供一定的理论指导。