BNNTs分散性能及BNNTs/B4C复合材料强韧化机理的研究

氮化硼纳米管是一种结构类似于碳纳米管的一维材料，具有极好的化学稳定性、抗氧化性、耐热性、强度和韧性。碳化硼作为一种性能优异的轻质结构陶瓷材料，在航空航天、轻质装甲等领域有着越来越广泛的应用。但是，由于碳化硼的强度不高，特别是韧性差，使其应用受到一定的限制。本研究以氮化硼纳米管为增强剂，对碳化硼陶瓷进行增韧补强，采用真空热压烧结工艺，制备出高断裂韧性、高强度、高弹性模量的BNNTs/B4C轻质防弹复合材料。研究氮化硼纳米管不同化学改性及表面修饰方法对其表面形貌、官能团、分散性能以及与碳化硼基体界面结合强度的影响，研究氮化硼纳米管对碳化硼陶瓷烧结性能、力学性能的影响，并对氮化硼纳米管在纳米尺度上增强碳化硼基复合材料防弹性能的机理进行探讨。

氮化硼纳米管是一种具有优良力学性能的一维材料。碳化硼作为一种性能优异的轻质结构陶瓷材料，在航天军事等领域有广泛应用，但其较低的弯曲强度和断裂韧性限制了它的进一步应用。本研究以氮化硼纳米管为增强剂，对碳化硼陶瓷进行增韧补强，采用真空热压烧结工艺，制备出高断裂韧性、高强度、高弹性模量的 BNNTs/B4C 轻质防弹复合材料。首先，以B粉、NH3为主要原料，以Fe2O3、CaO为催化剂高效制备了（BNNTs），产率可以达到85%以上，纯度大于90%，且显微结构可控，并得出BNNTs的生长机理为VLS机制；分别研究了BNNTs在油酸铵、PEI、PVP、曲拉通X- 100、SDS 和CTAB中的分散效果，结果表明：添加1.5wt% PEI或0.8wt% PVP效果最佳，其分散机理为空间位阻和静电稳定；分别以PEI、HPMC、PEG含量1.5wt%、5wt%和5wt%和二甲苯（17.82 wt%）、正丁醇（7.64 wt%）、乙醇（23.09 wt%）、PVB（4.73 wt%）、DOP（9.45 wt%）制得性能良好的水基和非水基流延膜；以B4C粉为主要原料，B粉、Si粉为烧结助剂，BNNTs为增韧相，PEI为分散剂，HPMC为粘结剂，PEG为增塑剂，正丁醇为消泡剂，采用水基流延成型和SPS烧结工艺制备BNNTs/B4C复合材料。结果表明：当BNNTs 和Si 加入量分别为1.5wt%和10wt%时，SPS烧结可获得致密度、弯曲强度、断裂韧性和维氏硬度分别达到98.3%、518.53MPa、5.87MPa·m1/2、38.9GPa的BNNTs/B4C复合材料；在裂纹扩展过程中，纳米管可以阻挡或使裂纹偏转，同时，其拔出效应和桥联作用也是材料增韧的重要因素。