鈦基復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量和良好的高溫性能等優(yōu)點(diǎn),契合航空航天和高性能汽車等多個領(lǐng)域?qū)τ谳p質(zhì)耐熱高強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料的要求,呈現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。但傳統(tǒng)增強(qiáng)相均勻分布的鈦基復(fù)合材料存在強(qiáng)度-塑（韌）性倒置的瓶頸問題,嚴(yán)重限制其應(yīng)用。本文基于以上問題,利用電泳沉積結(jié)合SPS燒結(jié)與控溫軋制,成功制備出綜合性能優(yōu)異的CNTs/Ti仿生疊層復(fù)合材料。首先,利用掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）對其微觀組織、層間界面以及CNTs/Ti界面等進(jìn)行了系統(tǒng)表征,并對CNTs/Ti仿生疊層復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行了評估。隨后,利用數(shù)字圖像相關(guān)法（DIC）結(jié)合SEM原位加載技術(shù)探討了CNTs/Ti仿生疊層復(fù)合材料在拉伸變形過程中的應(yīng)變演變規(guī)律。最后,借助配置原位拉伸系統(tǒng)的SEM與三維X射線顯微鏡（XRM）表征了CNTs/Ti仿生疊層復(fù)合材料的斷裂特性,包括裂紋萌生、擴(kuò)展及失穩(wěn)等。通過優(yōu)化電泳沉積參數(shù)（電壓30V/沉積時間15s）可以將單根分散的CNTs成功沉積至Ti箔表面,獲得單層CNTs/Ti復(fù)合箔;隨后將若干單層CNTs/Ti復(fù)合箔疊層排列進(jìn)行放電等離子燒結(jié)（SPS,工藝為600℃/50... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

CNTs/Ti復(fù)合材料工藝流程圖[30]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文–5–成中CNTs部分轉(zhuǎn)化為Al4C3。Yang等[35]研究了球磨工藝對CNTs增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料其微觀組織以及力學(xué)性能的影響，通過球磨結(jié)合粉末冶金法成功制備材料，并通過改變球磨工藝研究獲得，90min球磨后復(fù)合材材料的強(qiáng)韌性匹配最佳，材料的組織最為致密。Munir等[36]應(yīng)用超聲輔助高能球磨工藝成功制備CNTs/Ti，其制備工藝圖如圖1-2所示。通過該方法較單純依靠高能球磨而言，實(shí)現(xiàn)了CNTs在鈦基體中的均勻分散，CNTs的團(tuán)聚程度減小，并且通過前期的超聲輔助，以及調(diào)整高能球磨的工藝參數(shù)，減小了CNTs的損傷。圖1-2超聲輔助高能球磨制備CNTs/Ti復(fù)合材料工藝示意圖[36]電泳沉積（EPD）在涂層制備中廣泛應(yīng)用，并且通過電泳沉積可以獲得厚度均勻且分散良好的CNTs涂層[37,38]。EPD制備CNTs涂層技術(shù)已應(yīng)用于多種材料的研究中，其工藝相對成熟。并且與其他的分散工藝相比，EPD對CNTs形成損傷小，涂層厚度均勻可控，也即CNTs的含量可控并且分布均勻，這在復(fù)合材料制備中至關(guān)重要。已有許多研究者將其應(yīng)用于CNTs/MMCs的制備研究中。Fraczek-Szczypta等[39]采用電泳沉積技術(shù)（EPD）制備了多壁碳納米管（MWCNTs）碳涂層。沉積前對MWCNTs進(jìn)行純化和表面功能化，使得碳納米管表面含有氧官能團(tuán)。實(shí)驗(yàn)在兩個模型系統(tǒng)中進(jìn)行，對兩種涂層進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析。指出涂層的結(jié)構(gòu)是不同的，包括結(jié)構(gòu)布置程度不同，涂層中氧碳化合物的類型也有本質(zhì)的不同，主要取決于所應(yīng)用的懸浮液的類型，證明了懸浮液的重要性。Shimizu等[40]使用共沉積電鍍技術(shù)來制備Cu/SWCNT復(fù)合材料。利用陽離子表面活性劑和剪切應(yīng)力霧化過程，SWCNTs被成功地固定在Cu金屬基體內(nèi)形成Cu/SWCNT薄片，而SWCNTs的結(jié)晶度沒有顯著降低。多層Cu-Cu/SWCNT-Cu箔與未添加SWCNT

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文–7–米尺寸存在時，可以提高材料的界面結(jié)合強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)更好地載荷傳遞。Kondoh等[48-50]同樣采用濕法工藝有效地將CNTs涂覆在Ti粉末表面，并將其組裝成P/M擠出的鈦復(fù)合材料。在制備過程中原位形成長球形的TiC顆粒也均勻分布在基體中，研究結(jié)果證明了TiC顆粒以及碳納米管的加入顯著改善了TMC的力學(xué)性能。圖1-3在873K(a,b)0.1h和(c,d)0.5h時(a)MWCNT/Al的HAAD圖；(b)(a)中正方形位置MWCNT/Al復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)；(c)形成的Al4C3；(d)為(c)中正方形位置MWCNT/Al復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)[46]1.3數(shù)字圖像關(guān)聯(lián)技術(shù)研究及應(yīng)用現(xiàn)狀在材料科學(xué)研究中，對于材料變形的研究眾多，而與材料的塑性變形密切相關(guān)的是其變形過程中材料所攜帶的應(yīng)變信息。應(yīng)變信息在材料變形規(guī)律的研究中具有重要作用。應(yīng)變信息的采集手段主要分為非接觸式和接觸式。其中傳統(tǒng)電阻應(yīng)變片測量法，主要是通過測量應(yīng)變片在材料變形而產(chǎn)生的電阻變化對應(yīng)的電信號，得到應(yīng)變信息。但是其測量范圍具有典型的點(diǎn)單一性，對于應(yīng)變信息的采集存在明顯的不足。而對于非接觸式的干涉（非干涉）測量技術(shù)而言，干涉測量技術(shù)所需要具備的干涉光源本身光路較為復(fù)雜，且外界震動極易影響其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)用受到了極大地限制。而非干涉測量技術(shù)（數(shù)字圖像相關(guān)法和網(wǎng)格法等）相對的對所

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于數(shù)字圖像相關(guān)和等應(yīng)力假設(shè)研究2A12-T4鋁合金FSW接頭的局部力學(xué)行為[J]. 回麗,溫延澤,王磊,趙新華.  機(jī)械工程材料. 2019(09)
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碩士論文
[1]基于高速DIC方法的脆性材料動態(tài)力學(xué)性能研究[D]. 陳靜靜.北京理工大學(xué) 2014



本文編號：3503596