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第44卷第2期江苏陶瓷Vol.44,No.2
82011年4月JiangsuCeramicsApril,2011

碳纳米管增强陶瓷复合材料研究进展

赵金山,李静

（山东建筑大学材料科学与工程学院，济南250101）
摘要本文简要评述了近年来CNTs陶瓷复合材料的主要制备方法和特点以及烧
结工艺，指出了目前碳纳米管增强陶瓷复合材料存在的问题，并对未来制备CNTs陶
瓷复合材料进行了展望。
关键词CNTs陶瓷复合材料；制备；展望

0引言末中加入汽油橡胶成形剂进行造粒,在陶瓷压片机
上压制成形,压力约为200MPa,然后在真空烧结
碳纳米管作为无机纤维增韧材料，由于具有重
炉中脱胶、烧结,最终在烧结温度为1430℃下真空
量轻，极高的强度、韧性和弹性模量，耐酸碱性等优
烧结保温1h得到试样。CNTs加入后,CNTs/Ti(C,
异性能，因此用碳纳米管增强陶瓷复合材料具有一
N)金属陶瓷的相对密度和硬度略有降低,断裂韧性大
定的理论和现实意义。目前,碳纳米管已被用来增韧
幅度提高。这种方法虽然工艺简单、成本低，但是由
各种材料:高分子聚合物、金属、陶瓷(包括碳化硅陶
于球磨不能完全破坏纳米颗粒之间的团聚，所以不
瓷、氮化硅陶瓷、石英、氧化铝以及金属陶瓷)，碳纳
能保证两相组分或多相组分的均匀分散且在球磨
米管陶瓷基体复合材料的研究还处在初步探索阶，
后的干燥过程中，纳米颗粒容易重新团聚，使纳米粉
段[1]，且采用的碳纳米管多为多壁碳纳米管。本文简
体的组分分布不均匀。
要评述了近年来CNTs陶瓷复合材料的主要制备方
1.2悬浮液法
法及特点，指出了目前碳纳米管增强陶瓷复合材料
根据胶体化学中稳定悬浮液的三种机制，即静
存在的问题，并指明未来制备CNTs陶瓷复合材料的
电稳定机制空间位阻稳定机制电空间稳定机制
主要发展方向。、、。
将碳纳米管通过表面改性得到稳定悬浮液后，制备
陶瓷复合材料的主要制备方
1CNTsCNTs陶瓷复合粉体主要采用胶体法、溶胶-凝胶法
法及特点或杂凝聚法。杂凝聚法就是先分别制备各组分的单
相悬浮液并加入分散剂，通过调节PH值和分散剂加
CNTs在复合材料中由于直径小且长度大、比表
入量，使颗粒表面的分散剂达饱和吸附值；将各单相
面积大等，极易发生团聚，如果在基体中分散不均
悬浮液混合球磨使之均匀得到均匀混合悬浮液同
匀，使最终制得的复合材料不能发挥CNTs增强增韧，
时采用大功率超声振荡然后使体系絮凝干燥即
作用，同时性能可能会下降。只有CNTs均匀地分散，、，
得到均匀混合的粉体范锦鹏等[2]采用多壁碳纳米管
到基体中去,才能最大程度地发挥CNTs的增强作用。
作为增韧材料采用胶体杂凝聚的方法混合碳纳米管
以及功能特征。可以说,均匀分散是制备高性能CNTs,
和氧化铝粉体通过热压烧结工艺得到了碳纳米管
陶瓷复合材料的前提。目前，国内外CNTs陶瓷复合,-
氧化铝复合陶瓷所得复合材料的断裂韧性是相同
材料的主要制备方法有：，
条件下得到的纯氧化铝陶瓷的倍而抗弯强度基
1.1机械球磨法2.1,
该方法就是将基质粉末与纳米级的粉体进行混本上没有改变。
复合粉体法
合，通过高性能机械球磨来制备纳米复合材料。为防1.3
止球磨时间过长对CNTs的破坏，先将其它粉末按质该法是指利用化学和物理过程直接制备两种或
量比进行称量，然后以球料比5∶1放入尼龙罐中，在多种组分的纳米复合陶瓷粉体。目前利用该法制备
无水乙醇介质中以175r/min球磨23h，然后加入CNTs陶瓷复合材料主要包括CVD法和化学共沉淀
CNTs后球磨1h，使之混合均匀。在干燥后的球磨粉法。据报道，有人先将陶瓷粉体与催化剂混合，然后

收稿日期：2010-12-21
赵金山等：碳纳米管增强陶瓷复合材料研究进展学术研究9

利用CVD法制备CNTs，使其附于基体孔壁，从而制反应处于分子水平,反应性提高,因而水热反应可以
备出以涂层形式单向排列于基体的碳纳米管、氧化替代某些高温固相反应。又由于水热反应的均相成
铝复合材料等[3]将用和核及非均相成核机理与固相反应的扩散机制不同因
。SeungICNTsHF、HNO3,
等氧化处理后采用化学共沉淀法获得而可以创造出其它方法无法制备的新化合物和新材
H2SO4，CNTs
分散良好的纳米复合粉体结果显示料等[8]利用水热合成法真空烧结
CNTs/Al2O3。，。Zamana,CemB、
复合材料中CNTs在基体中分散良好，并和基体界面得到碳纳米管增强氧化铝多孔的陶瓷，并用FEG-
结合较强。SEM和TEM分析了碳纳米管在基体中的分布、颗粒
1.4原位生成法的大小以及孔的视觉特性。
该法具有增强颗粒尺寸细小热力学性能稳定
、、2烧结工艺
界面无污染、结合强度高等特点。原位合成法常用于
碳纳米管的强韧化工艺中，