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绪论1

第一篇 碳纳米相的合成与表征15

第1章 碳纳米相的结构与性能15

1.1 CNTs15

1.1.1 CNTs的分类16

1.1.2 CNTs的结构19

1.1.3 CNTs的性能24

1.2 碳洋葱30

1.2.1 碳洋葱的结构30

1.2.2 碳洋葱的性能32

1.3 碳包覆金属纳米颗粒32

1.3.1 碳包覆金属纳米颗粒的结构32

1.3.2 碳包覆金属纳米颗粒的性能34

参考文献36

第2章 碳纳米相的制备方法41

2.1 碳纳米相的制备方法简介41

2.1.1 电弧放电法41

2.1.2 激光烧蚀法42

2.1.3 化学气相沉积法42

2.1.4 其他方法43

2.2 化学气相沉积法的影响因素43

2.2.1 催化剂的种类43

2.2.2 碳源种类44

2.2.3 载体作用45

2.2.4 载气作用46

2.3 碳纳米相的生长机理46

2.3.1 CNTs的生长机理46

2.3.2 碳洋葱的生长机理47

参考文献48

第3章 碳纳米相的表征方法53

3.1 电子显微镜与原子力显微镜53

3.2 拉曼光谱55

3.3 XPS与傅里叶红外光谱58

3.4 其他表征手段60

3.4.1 热重分析60

3.4.2 XRD60

3.4.3 UV—VIS61

3.4.4 紫外光电子能谱61

3.4.5 元素分析与能量色散谱仪61

参考文献62

第二篇 金属基体上原位合成碳纳米相的研究69

第4章 碳纳米相在铝基体上的合成69

4.1 催化剂69

4.1.1 催化剂的制备69

4.1.2 催化剂的表征70

4.2 原位合成CNTs的影响因素探讨72

4.2.1 催化剂类型72

4.2.2 催化剂含量87

4.2.3 反应温度90

4.2.4 反应时间94

4.2.5 反应气比例97

4.2.6 反应载气种类97

4.3 原位合成碳洋葱的影响因素探讨101

4.3.1 催化剂的表征101

4.3.2 反应温度102

4.3.3 反应时间104

4.3.4 反应载气种类104

4.4 碳包覆金属纳米晶的合成及性能107

4.4.1 碳包覆Ni纳米颗粒的结构分析107

4.4.2 碳包覆Ni纳米颗粒的磁性能107

4.4.3 碳包覆Ni纳米颗粒的摩擦学性能109

参考文献110

第5章 碳纳米相在Cu基体上的合成113

5.1 催化剂的选择113

5.1.1 Ni/Y/Cu催化剂116

5.1.2 Ni/Ce/Cu催化剂117

5.2 催化剂的热稳定性120

5.2.1 Ni/Y/Cu催化剂120

5.2.2 Ni/Ce/Cu催化剂122

5.3 制备工艺对Cu载体催化剂活性的影响124

5.3.1 溶液浓度对催化剂活性和产物形貌的影响124

5.3.2 煅烧温度对催化剂活性和产物形貌的影响125

5.3.3 还原温度对催化剂活性和产物的影响128

5.4 反应合成工艺对Ni/Y/Cu催化剂活性和产物形貌的影响130

5.4.1 反应气比例对产物产率和形貌的影响130

5.4.2 反应温度对产物产率和形貌结构的影响131

5.5 反应合成工艺对Ni/Ce/Cu催化剂活性和产物形貌的影响135

5.6 稳定剂含量对催化剂热稳定性及催化性能的影响141

参考文献146

第6章 碳纳米相在其他金属基体上的合成初探147

6.1 Ti基体147

6.1.1 合成温度的影响147

6.1.2 催化剂Ni含量的影响151

6.1.3 催化剂前驱体还原温度的影响153

6.1.4 反应气与载气比例对最终产物的影响155

6.1.5 载气类别对反应产物的影响及其与温度的关系158

6.2 Mg基体160

6.3 Ag基体163

参考文献166

第7章 碳纳米相在金属基体上的生长机理探讨168

7.1 Al基体上原位合成碳纳米相的机理169

7.2 Cu基体上原位合成碳纳米相的机理175

参考文献180

第三篇 CNTs原位增强金属基复合材料185

第8章 CNTs增强金属基复合材料的研究现状185

8.1 CNTs增强金属基复合材料的制备方法185

8.1.1 粉末冶金法185

8.1.2 熔体浸渍法187

8.1.3 搅拌铸造法187

8.1.4 原位合成法188

8.1.5 喷射沉积法189

8.1.6 电化学沉积法190

8.2 CNTs与金属的界面结构190

8.2.1 界面在复合材料中的作用190

8.2.2 复合材料界面结构类型191

8.2.3 CNTs与金属的界面192

8.3 CNTs增强金属基复合材料的性能194

8.3.1 CNTs/Al复合材料的性能194

8.3.2 CNTs/Cu复合材料的性能195

8.3.3 其他金属基体的复合材料性能196

8.4 CNTs增强金属基复合材料的强化机理196

8.4.1 混合定律197

8.4.2 细晶强化机制198

8.4.3 位错强化机制198

8.4.4 弥散强化机制199

8.4.5 载荷强化机制199

参考文献200

第9章 原位合成CNTs/Al复合材料的结构与性能205

9.1 CNTs/Al复合材料的结构与性能205

9.1.1 CNTs/Al复合材料中CNTs的稳定性206

9.1.2 CNTs/Al复合材料的致密度207

9.1.3 CNTs/Al复合材料的压缩性能209

9.1.4 CNTs/Al复合材料的耐蚀性211

9.2 原位合成-短时球磨-粉末冶金法制备CNTs/Al复合材料214

9.2.1 球磨转速和过程控制剂的选择215

9.2.2 球磨时间对CNTs/Al复合材料组织和力学性能影响218

9.2.3 CNTs含量对CNTs/Al复合材料组织和力学性能影响223

9.2.4 CNTs/Al复合材料的热膨胀系数229

参考文献232

第10章 原位合成CNTs(CNFs)／Cu复合材料的结构与性能234

10.1 CNTs(CNFs)/Cu复合粉末的制备与表征235

10.1.1 低含量催化剂在Cu基体上的分布236

10.1.2 反应时间对产物产率的影响236

10.1.3 低含量催化剂制备CNF(Ni/Y)/Cu原位复合粉末的表征237

10.1.4 共沉积混合后复合粉末的结构表征238

10.2 热处理对原位复合粉末及复合材料性能的影响241

10.3 还原温度对复合粉末形貌及复合材料性能的影响247

10.4 粉末冶金制备工艺对复合材料性能的影响250

10.5 CNFs(Ni/Y)/Cu复合材料的微观组织形貌253

10.5.1 CNFs(Ni/Y)/Cu复合材料的微观组织分析253

10.5.2 CNFs(Ni/Y)/Cu复合材料压缩断口形貌分析256

10.5.3 CNFs(Ni/Y)/Cu复合材料的弯曲断口形貌分析258

10.6 CNFs(Ni/Y)/Cu复合材料的物理力学性能259

10.6.1 CNFs含量对复合材料密度和电导率的影响259

10.6.2 CNFs含量对复合材料硬度和屈服强度的影响259

10.6.3 CNFs(Ni/Y)/Cu复合材料的热膨胀行为260

参考文献263

第11章 原位合成CNTs增强其余金属基体复合材料的结构与性能265

11.1 CNTs/Ti复合材料的结构与性能265

11.1.1 CNTs/Ti复合材料的制备工艺265

11.1.2 CNTs/Ti复合材料的微观组织结构266

11.1.3 CNTs/Ti复合材料的力学性能研究272

11.1.4 CNTs/Ti复合材料的摩擦磨损性能研究275

11.1.5 CNTs/Ti复合材料强化机制探讨279

11.2 CNTs/Mg复合材料的结构与性能281

11.2.1 CNTs/Mg复合材料的制备工艺281

11.2.2 CNTs含量对复合材料性能的影响284

11.2.3 CNTs/Mg复合材料的物理性能287

11.2.4 CNTs/Mg复合材料的成分与界面研究289

参考文献292

第12章 原位增强碳／金属基复合材料的强化机理293

12.1 CNTs／金属基体界面结合的机理研究293

12.1.1 缺陷对CNTs上金属原子吸附的影响294

12.1.2 缺陷对金属表面与CNTs间相互作用的影响296

12.2 CNTs原位增强金属基复合材料界面的实验分析298

12.2.1 反应型界面增强（CNTs/Al）298

12.2.2 非反应型界面增强（CNTs/Cu）302

参考文献302

第13章 应用和展望304

13.1 化学原位合成方法在制备金属基复合材料中的优势304

13.2 原位合成CNTs在不同基体中的特点305

13.2.1 Al基体305

13.2.2 Cu基体305

13.2.3 其他金属基体306

13.3 存在的问题与解决途径307

13.4 CNTs作为金属基复合材料增强体的发展前景308

索引309