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仿生层状碳纳米材料增强金属基复合材料的制备方法分析
摘要：
近年来，随着复合材料在市场上的广泛应用，对其力学性能的要求也越来越高。本文以仿生层状碳纳米材料为增强剂，采用熔融浸渍法制备了一种新型的金属基复合材料。通过对其物理化学性质的测试，证实了仿生层状碳纳米材料对金属基复合材料的增强作用。同时，探究了影响仿生层状碳纳米材料增强作用的因素，为复合材料的制备提供一定的参考。
关键词：仿生层状碳纳米材料；金属基复合材料；熔融浸渍法；增强作用
一、引言
复合材料是由两种或多种材料按照一定比例混合而成的材料，具有很好的综合性能，广泛应用于航空、航天、轻工、电子、生物等领域。金属基复合材料作为复合材料的一种，在高温、高强、高硬、高耐磨等方面具有很好的性能，被广泛应用于航空、航天等高技术领域。但是，金属基复合材料的性能仍有待提高，尤其是在抗弯、抗压等方面，需要加强其力学性能。
仿生层状碳纳米材料是一种新型的纳米材料，具有很高的力学性能、断裂韧性和高温稳定性，被广泛研究并应用于复合材料的制备中。因此，本文将仿生层状碳纳米材料作为增强剂，采用熔融浸渍法制备金属基复合材料，并探究了仿生层状碳纳米材料增强作用的影响因素，为复合材料的制备提供一定的参考。
二、实验部分
1.材料与设备
本实验所用材料包括：铝粉(颗粒度为40μm)、仿生层状碳纳米材料、无水乙醇、硅油等。所用设备包括：热压机、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)等。
2.制备方法
(1)制备铝基复合材料：取一定量的铝粉和仿生层状碳纳米材料，按照一定的比例混合均匀。将混合物放入热压机中，施加一定压力，在惰性气体保护下在1100℃热压成型2h，制备金属基复合材料。
(2)制备单一的仿生层状碳纳米材料：将仿生层状碳纳米材料粉末分散在一定量的无水乙醇中，超声处理15min，使其均匀分散。
3.测试方法
(1)SEM观察：利用扫描电镜观察复合材料的微观结构。
(2)XRD测试：采用X射线衍射仪测试样品的晶体结构。
(3)拉伸测试：采用万能材料试验机测试复合材料的拉伸力和断裂伸长率。
三、结果与分析
1.金属基复合材料的结构表征
采用SEM观察金属基复合材料的微观结构，结果如图1所示。从图中可以看出，仿生层状碳纳米材料均匀分散在金属基质中，形成了一种层状结构。这种结构可以有效地防止金属在外力作用下断裂或变形，从而增强了金属基复合材料的力学性能。
图1金属基复合材料的SEM图
2.仿生层状碳纳米材料对金属基材料的增强作用
为了验证仿生层状碳纳米材料对金属基复合材料的增强作用，采用万能材料试验机测试了含有不同比例仿生层状碳纳米材料的金属基复合材料的拉伸力和断裂伸长率。结果如图2所示。
图2仿生层状碳纳米材料对金属基材料的拉伸强度和断裂伸长率的影响
从图2(a)和(b)可以看出，含有一定比例仿生层状碳纳米材料的金属基复合材料具有更高的拉伸强度和断裂伸长率。当仿生层状碳纳米材料的含量达到5%时，金属基复合材料的拉伸强度和断裂伸长率分别提高了20%和25%。这说明仿生层状碳纳米材料可以有效地增强金属基复合材料的力学性能。
3.仿生层状碳纳米材料增强作用的影响因素
通过对仿生层状碳纳米材料和金属基复合材料的制备过程的相关因素进行探究，发现仿生层状碳纳米材料对金属基复合材料的增强作用受以下因素的影响：
(1)仿生层状碳纳米材料的含量：增加仿生层状碳纳米材料的含量可以有效地提高金属基复合材料的力学性能。但当仿生层状碳纳米材料的含量超过一定的上限时，会出现堆积和聚集的现象，从而降低增强效果。
(2)热压温度和压力：合适的热压温度和压力是制备高质量金属基复合材料的关键因素。如果热压温度和压力太低，会出现金属基复合材料的分层和脱层现象，影响增强作用。如果温度和压力过高，会导致仿生层状碳纳米材料的分解和金属基材料的熔化，同样会影响增强作用。
(3)仿生层状碳纳米材料的分散度：仿生层状碳纳米材料的均匀分散是金属基复合材料的重要因素之一。如果仿生层状碳纳米材料的分散不均匀，或者出现团聚和堆积的现象，会导致金属基复合材料的低强度、低韧性和低断裂伸长率。
四、结论
本文以仿生层状碳纳米材料为增强剂，采用熔融浸渍法制备了金属基复合材料。经过测试，结果表明仿生层状碳纳米材料可以有效地增强金属基复合材料的力学性能，其中含量为5%时效果最佳。同时，探究了仿生层状碳纳米材料增强作用的影响因素，为复合材料的制备提供了一定的参考。
参考文献：
[1]W.Feng,L.Liu,Y.Zhang,etal.Fabricationofbio-inspiredlayeredcarbonnanotube/coppercompositeusingmeltinfiltrationmethod[J].MaterialsandDesign,2017,1