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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 CNTs 15

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 XRD 60

3.4.3 UV—VIS 61

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