第23卷第5期 2008年9月
无机材料学报
Journal of Inorganic Materials
文章编号：1000-324X(2008)05-0950-05
Vol. 23, No. 5 Sep.，2008
碳纳来管-ZrB2-SiC陶瓷基复合材料的制备与性能研究
杨飞字，张幸红，韩杰才，杜善义
(哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所，哈尔滨150080
揭要：研究了用热压烧结方法制备的不同碳纳米管（CNTs）含量的ZrB2-SiC-zwt%CNTs(z=0、1.0、 2.5、4.0）复合材料的工艺条件、力学性能和微观结构，用TEM观累了试样的微观结构，用SEM观察了试样断口形貌和裂纹扩展情况，并对其强韧化机制进行了分析．研究表明，碳纳米管主要分布沉积在ZrB2颗粒内部，形成内晶型结构，在CNTs含量为2.5%时，相对密度、维氏硬度和弯曲强度分别为99.6%、21.7GPa和 542MPa,断裂韧性达到6.10MPa-m1/2，碳纳米管加入后材料致密性提高、晶粒细化，所形成的内晶型结构是材料强度和韧性得以提高的原因
关键词：碳纳米管；ZrB2陶瓷基复合材料；微观组织；力学性能
文献标识码：A
中图分类号：TB332
Preparation andPropertiesof ZrB2-SiC Ceramic Composites Reinforced by
CarbonNanotubes
YANGFei-Yu,ZHANG Xing-Hong,HANJie-Cai,DU Shan-Yi
(Center for Composite Materials and Structures, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)
Abstract: ZrB2-SiC-rwt% carbon nanotubes (r=0, 1.0, 2.5, 4.0) ceramic composites were fabricated e also investigated. TEM was used to observe the microstructure and SEM was used to analyze the fracture surface and crack propagation. Then, the strengthening and toughening mechanism of carbon nanotubes were discussed. Results show that carbon nanotubes can deposit in the ZrB2 crystal grain and form intragranular structure. When the carbon nanotubes content is 2.5wt%, the fiexural strength and toughness reach 542MPa and 6.10MPa-m1/2 respectively, with the relative density of 99.6% and Vickers hardness value of 21.7GPa.The reasons of the mechanical properties improvement are the increased compactness, grain refining and the intragranular structure caused by the introduction of carbon nanotubes.
Key words:carbon nanotube; ZrB2 based ceramic composite; microstructure; mechanical properties
1引言
碳纳米管是1991年日本学者Lijima教授发现的一种碳纳米晶体纤维材料，它是由层状结构的石墨片卷成的无缝空心管[1]，碳纳米管作为一维纳米材料，可以看做由六边形的石墨板成360°卷曲而成的管状材料，管的内径在几纳米到几十纳米之间，长度可达微米基至厘米尺度，长径比高达 1000~10000，比表面积大，热稳定性高，在力学方
面，碳纳米管的强度和韧性极高，弹性模量也极高(E=1~8TPa)，与金刚石的模量几乎相同，为已知的最高材料模量，约为钢的5倍；其弹性应变可达 5%，最高12%，约为钢的60倍，而密度只有钢的几分之一，碳纳米管无论是强度还是韧性，都远远优于任何纤维[2-5]，碳纳米管作为理想的复合材料增强体，目前已广泛用于增强聚合物、金属和一些陶瓷材料中[6-9],
108081012002
国家自然科学基金(50602010)；新世纪优秀人才计划基金（NCET-05-0345)
基金项目：
杨飞宇(1978-），女，博士研究生，E-mail:yangfyhit@sina.com.cn
作者简介：万方数据