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碳纳米管增强铝基复合材料的研究进展／庞秋等·41·

碳纳米管增强铝基复合材料的研究进展

庞秋，谷万里，盛文斌

(山东理工大学机械工程学院，淄博255049)

摘要主要从制备方法和力学性能两方面综述了碳纳米管增强铝基复合材料的研究现状，分析了各种制备方
法的优缺点，详细探讨了部分制备方法对复合材料力学性能的影响，并针对研究中存在的问题，提出了相应的设想和
今后CNTs／Al基复合材料发展的方向。
关键词碳纳米管复合材料增强体

ResearchProgressinCarbonNanotubeReinforcedAluminumMatrixComposites

PANGQiu，GUWanli，SHENGWenbin

(SchoolofMechanicalEngineering，ShandongUniversityofTechnology，Zibo255049)

AbstractInthisarticle，therecentresearchontheincorporationofcarbonnanotubes(CNTs)intoAlmatrix
compositeformcompositestructuresisbrieflyreviewed，withanemphasisonprocessingmethods．Theadvantagesand

disadvantagesofvariouspreparationmethodsareanalyzed．Andthemechanicalpropertiesofmaterialsarediscussedde—
tailedly．FurthermorethefutureresearchdirectionandtheprospectsofthepreparationtechniquesofCNTsreinforced
A1matrixcompositesarepredicted．

Keywordscarbonnanotubes，composites，reinforcement

碳纳米管(Carbonnanotube，CNT)由于具有独特的管状几法。目前常用的改性方法有3种。一种是对CNTs进行化学表
何结构和优异的物理化学性能，自1991年由日本的Iijimal_】]发面氧化处理。这种方法可以在不引入杂质的前提下在管壁产生
现以来，已经引起了人们极大的研究热情。CNTs可以看成是各种官能团，从而改善碳纳米管的分散性。TsangSCc”利用
由片状石墨卷成的圆筒，除了具有石墨的本征特性(耐热、耐腐强酸实现了对碳纳米管的化学分割，得到了开管的碳纳米管。
蚀、强度高、自润滑性等)，还具有极高的纵横比(长径比100～许龙山等l_1]用一定比例的水、浓硝酸和浓硫酸超声处理，改善
1000)和超强力学性能2]、高的电导率和热导率l_3]、低的热膨胀了碳纳米管的亲水性以及在水溶液中的分散性。袁定胜等[15]
系数等特性，是复合材料的理想增强相。利用它与金属、陶瓷、通过氧化处理、盐酸浸泡和高温处理把碳纳米管团簇分散开，并
聚合物混合，制备出具有特殊性能的复合材料正引起越来越多且把碳纳米管的端盖打开，提高了分散性。另一种是在CNTs
的关注。近年来，碳纳米管在增强高分子复合材料方面取得了溶液中添加表面活性剂，提高碳纳米管在水中的溶解性。常用
很大进展l_4]，而在金属基复合材料方面[7-19]，由于CNTs比表的表面活性剂有乙醇、正硅酸乙酯乙醇、PAA等。Stephen
面积大，比表面能高，团聚现象严重，很难在金属基体中均匀分等L16]将碳纳米管加入到PMMA的甲苯溶液中，利用超声分散
散，并且碳纳米管表面活性较低，与金属基体的润湿性较差，目制得均质的悬浮液。还有一种是对碳纳米管运用机械应力激活
前研究过程中存在较大技术难题。本文主要从制备方法和力学碳纳米管表面以达到改性的目的，主要是通过粉碎、摩擦、超声
性能两方面阐述了碳纳米管增强铝基复合材料的研究现状，并分散等手段实现。如易国军等[17,18]利用镍和银包覆CNTs，然
针对研究中存在的问题，提出了相应的设想以及对其前景进行后球磨混料。赵素等l-】9=采用正交试验方法对CNTs进行镀镍
了展望。处理，在真空条件下，制备纳米碳管增强铝基复合材料，较好地
改善了碳纳米管的亲水性和在水溶液中的分散性。
1碳纳米管／铝基复合材料的制备
碳纳米管改性和分散后，将其加入到基体中，为解决碳纳米
碳纳米管／铝基复合材料的制备过程中面临许多困难。目管表面活性低、与金属基体浸润性较差的难题，目前通常采用无
前问题主要集中在以下3个方面：①如何采用适当的方法将碳压浸渗法、粉末冶金烧结法、原位合成法、激光熔铸法、化学气相
纳米管均匀分散在基体中，且与基体很好地结合