МИКРОСТРУКТУРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА «АЛЮМИНИЙ –
МНОГОСТЕННЫЕ УГЛЕРОДНЫЕ НАНОТРУБКИ» ПОСЛЕ ИСКРО-ПЛАЗМЕННОГО СПЕКАНИЯ 

Бунаков Никита Андреевич, инженер-исследователь, Научно-исследовательский технологический институт имени С. П. Капицы, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого 42), E-mail: na_bunakov@mail.ru
Козлов Дмитрий Владимирович, кандидат физико-математических наук, начальник лаборатории материаловедения, Научно-исследовательский технологический институт имени С. П. Капицы, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого 42), E-mail: kozlovdv@ulsu.ru
Голованов Виктор Николаевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой физического материаловедения, проректор по научной работе и информационным технологиям, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого 42), E-mail: golovanovvn@ulsu.ru
Ефимов Михаил Сергеевич, бакалавр, младший научный сотрудник, Научно-исследовательский технологический институт имени С. П. Капицы, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого 42), E-mail: efimovmix@mail.ru
Белобров Иван Сергеевич, инженер-исследователь, Научно-исследовательский технологический институт имени С. П. Капицы, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого 42), E-mail: suik73@mail.ru
Адамович Артем Александрович, стажер-исследователь, Научно-исследовательский технологический институт имени С. П. Капицы, Ульяновский государственный университет (Россия, г. Ульяновск, ул. Льва Толстого 42), E-mail: artem.adamovich@bk.ru
Сугак Дмитрий Евгеньевич, главный технолог, ООО «Промышленная экология» (Россия, г. Ульяновск, просп. Нариманова, 1, корп. 3), E-mail: demonsugak@mail.ru 

621.762 

DOI

10.21685/2072-3040-2019-3-8 

Актуальность и цели. Развитие науки и техники предъявляет повышенные требования к материалам конструкционного и функционального назначения. Значительных успехов в этой области удалось достичь благодаря замене традиционных материалов на композиты с металлической матрицей, упрочненные дисперсными частицами и волокнами. Создание композитов с добавлением многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ) в качестве упрочняющей фазы может служить основой для появления материалов с уникальным сочетанием физико-механических свойств. Но создание таких композитов требует проведения экспериментальных исследований по отработке технологических режимов их получения и изучения вопросов, связанных с влиянием исходного состояния компонентов и особенностей технологии на получаемые свойства. Целью данной работы являлось исследование микроструктурных изменений в композите на основе алюминиевой матрицы при добавлении МУНТ в процессе искро-плазменного спекания (ИПС).
Материалы и методы. В качестве исходных материалов использовался порошок алюминия марки ПАД-6* чистотой 99,9 % (производство ООО «ВАЛКОМ-ПМ») и МУНТ (содержание аморфного углерода и графита не более 2 %), полученные методом MOCVD и подвергнутые функционализации, путем кислотной обработки в смеси концентрированных серной и азотной кислот. Компактирование смешанных материалов осуществлялось с использованием искро-плазменного спекания в вакууме при 600 °С и давлении прессования 50 МПа с выдержкой 20 мин. Исследование композитов проводилось следующими методами: сканирующая электронная микроскопия, просвечивающая электронная микроскопия.
Результаты. Методами электронной и просвечивающей микроскопии проведены исследования образцов алюмоматричного композиционного материала с МУНТ. Выявлены особенности изменений микроструктуры, происходящих при получении композита в установке ИПС. Показано, что ИПС позволяет добиться разрушения слоя Al2O3 на частицах порошка металла. Также установлено, что добавление и увеличение содержания МУНТ в матрицу снижает эффективность разрушения данного слоя. Обнаружено, что на сохранность структуры МУНТ после спекания влияет поверхностная обработка нанотрубок на этапе их получения. 

Ключевые слова

порошковая металлургия, многостенные углеродные нанотрубки, искроплазменное спекание, микроструктура, просвечивающая электронная микроскопия 

 Скачать статью в формате PDF

1. Булярский, С. В. Углеродные нанотрубки: технология, управление свойствами, применение / С. В. Булярский. – Ульяновск : Стрежень, 2011. – 478 с.
2. Agarwal, A. Carbon nanotubes – reinforced metal matrix composites / A. Agarwal, S. R. Bakshi, D. Lahiri. – CRC Press, 2010. – 325 p.
3. Григорьев, Е. Г. Электроимпульсная технология формирования материалов из порошков / Е. Г. Григорьев, Б. А. Калин. – Москва : МИФИ, 2008. – 152 с.
4. Some Aspects of the Synthesis of Multiwalled Carbon Nanotubes by Chemical Vapor Deposition and Characteristics of the Material Obtained / E. S. Klimov, M. V. Buzaeva, O. A. Davydova, I. A. Makarova, V. V. Svetukhin, D. V. Kozlov, E. S. Pchelintseva, N. A. Bunakov // Russian Journal of Applied Chemistry. – 2014. – Vol. 87, № 8. – P. 1109−1113.
5. Изменение поверхности и некоторых технологических свойств углеродных нанотрубок при их модифицировании / Е. С. Климов, О. А. Давыдова, М. В. Бузаева, И. А. Макарова, Д. В. Козлов, Н. А. Бунаков, Н. А. Нищев, А. А. Панов, А. А. Пыненков // Башкирский химический журнал. – 2014. – Т. 21, № 3. – С. 109–113.
6. Композиционный материал на основе алюминия с добавлением многостенных углеродных нанотрубок: получение, структура, свойства / Н. А. Бунаков, Д. В. Козлов, В. Н. Голованов, Е. С. Климов, М. С. Ефимов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. – 2016. – № 2 (38). – С. 134–146. – DOI 10.21685/2072-30402016-2-11.
7. Aluminum matrix composites reinforced with multi-walled boron nitride nanotubes fabricated by a high-pressure torsion technique / Y. Xue [et al.] // Materials and Design. – 2015. – Vol. 88. – P. 451–460.
8. Frequency effect on pulse electric current sintering process of pure aluminium powder / G. Xier [et al.] // Materials Science and Engineering: A. – 2003. – Vol. 359. – P. 384–390.
9. Omori, M. Sintering, consolidation, reaction and crystal growth by the spark plasma system (SPS) / M. Omori // Materials Science and Engineering: A. – 2000. – Vol. 287. – P. 183–188. – ISSN: 0921-5093.
10. Kwon, H. Effect of Spark Plasma Sintering in Fabricating Carbon Nanotube Reinforced Aluminum Matrix Composite Materials / H. Kwon, A. Kawasaki // Advances in Composite Materials for Medicine and Nanotechnology. – 2011. – P. 431–444.
11. Cavaliere, P. Carbonnanotube reinforced aluminum matrix composites produced by spark plasma sintering / P. Cavaliere, B. Sadeghi, A. Shabani // Journal of Materials Sciense. – 2017. – Vol. 52, № 14. – P. 8618–8629.
12. Nagae, T. Compaction and application of the aluminum powder by spark plasma sintering process / T. Nagae, S. Tomiya, N. Yokota // Toyama Industrial Technology Center. – 2001. – Vol. 89. – P. 89–93.