碳纳米管‑碳化钨复合材料

硬质合金材料被誉为“工业的牙齿”。在硬质合金材料中，钨钴类(WC‑Co)合金的研究和应用最广泛，特别是超细晶碳化钨钴硬质合金成为当今重点的研究发展方向。

然而， 随着新能源车政策的实施，WC‑Co硬质合金中的主要粘结剂Co越来越贵，已严重影响到生产成本，而且添加钴虽然可以改善硬质合金的强韧性，但亦会使硬质合金的硬度和耐蚀性受到影响。因此，开发制备兼有高硬度和高韧性、原料易得的新型复合材料，寻找碳化钨钴硬质合金的理想替代物，具有重要的战略和经济意义。

近年来，有关高性能复合硬质合金的力学性能研究已经成为硬质合金领域的前沿课题之一，碳纳米管是由稳定的C‑C共价键构成的一维纳米材料，具有超强的综合力学性能。理论研究表明：多壁碳纳米管的平均杨氏模量为 1.8TPa，平均弯曲强度高达14.2GPa；碳纳米管的拉伸强度是钢的100倍，比重仅为钢的六分之一，导热性与金刚石相仿而电导率高于铜，因此被认为是具备超强复合材料的理想的极限增强材料。为此，研究人员利用热压烧结技术制备碳纳米管‑碳化钨复合材料的制备方法，其具体步骤如下：

(1)利用机械冶金法获得碳化钨‑氧化铝粉末。将碳化物粉末和氧化铝粉末与重量比为9∶1进行混合，然后将混合粉末和直径为10mm的磨球按球料质量比为10∶1的比例放入球磨罐中，球磨过程中通入高纯氩气进行保护，球磨时间为50h。

(2)利用球磨法将碳化钨‑氧化铝粉末与单壁碳纳米管进行混合。将碳化钨、氧化铝、碳纳米管置入球磨机中，碳纳米管占总混合粉末0.1wt％。球磨过程中通入高纯氩气进行保护，球磨时间为5h。

(3)将第二步所得的混合粉末放入真空炉中，加热时真空度保持在1.3× 10‑1Pa，以5℃/min的速度升温至1300℃，升温同时将压力增至35MPa，保温200min后，在炉内自然冷却至室温。

将得到的含有碳纳米管的碳化钨‑氧化铝和碳化钨‑氧化铝复合硬质合金进行测试如下：采用维氏硬度计测试样品的硬度值。在维氏硬度计上分别测量碳化钨‑氧化铝和碳化钨‑氧化铝‑碳纳米管的维氏硬度值。测得的碳化钨‑氧化铝复合硬质合金 维氏硬度值为16.55GPa，碳化钨‑氧化铝‑碳纳米管复合硬质合金的维氏硬度值为 20.76GPa，证实碳纳米管的加入可以改善复合材料的力学性能和摩擦学性质，提高其减摩性,极大提高硬质合金的硬度值。

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