碳納米管‑碳化鎢複合材料

硬質合金材料被譽為“工業的牙齒”。在硬質合金材料中，鎢鈷類(WC‑Co)合金的研究和應用最廣泛，特別是超細晶碳化鎢鈷硬質合金成為當今重點的研究發展方向。

然而， 隨著新能源車政策的實施，WC‑Co硬質合金中的主要粘結劑Co越來越貴，已嚴重影響到生產成本，而且添加鈷雖然可以改善硬質合金的強韌性，但亦會使硬質合金的硬度和耐蝕性受到影響。因此，開發製備兼有高硬度和高韌性、原料易得的新型複合材料，尋找碳化鎢鈷硬質合金的理想替代物，具有重要的戰略和經濟意義。

近年來，有關高性能複合硬質合金的力學性能研究已經成為硬質合金領域的前沿課題之一，碳納米管是由穩定的C‑C共價鍵構成的一維納米材料，具有超強的綜合力學性能。理論研究表明：多壁碳納米管的平均楊氏模量為 1.8TPa，平均彎曲強度高達14.2GPa；碳納米管的拉伸強度是鋼的100倍，比重僅為鋼的六分之一，導熱性與金剛石相仿而電導率高於銅，因此被認為是具備超強複合材料的理想的極限增強材料。為此，研究人員利用熱壓燒結技術製備碳納米管‑碳化鎢複合材料的製備方法，其具體步驟如下：

(1)利用機械冶金法獲得碳化鎢‑氧化鋁粉末。將碳化物粉末和氧化鋁粉末與重量比為9∶1進行混合，然後將混合粉末和直徑為10mm的磨球按球料品質比為10∶1的比例放入球磨罐中，球磨過程中通入高純氬氣進行保護，球磨時間為50h。

(2)利用球磨法將碳化鎢‑氧化鋁粉末與單壁碳納米管進行混合。將碳化鎢、氧化鋁、碳納米管置入球磨機中，碳納米管占總混合粉末0.1wt％。球磨過程中通入高純氬氣進行保護，球磨時間為5h。

(3)將第二步所得的混合粉末放入真空爐中，加熱時真空度保持在1.3× 10‑1Pa，以5℃/min的速度升溫至1300℃，升溫同時將壓力增至35MPa，保溫200min後，在爐內自然冷卻至室溫。

將得到的含有碳納米管的碳化鎢‑氧化鋁和碳化鎢‑氧化鋁複合硬質合金進行測試如下：採用維氏硬度計測試樣品的硬度值。在維氏硬度計上分別測量碳化鎢‑氧化鋁和碳化鎢‑氧化鋁‑碳納米管的維氏硬度值。測得的碳化鎢‑氧化鋁複合硬質合金 維氏硬度值為16.55GPa，碳化鎢‑氧化鋁‑碳納米管複合硬質合金的維氏硬度值為 20.76GPa，證實碳納米管的加入可以改善複合材料的力學性能和摩擦學性質，提高其減摩性,極大提高硬質合金的硬度值。

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