碳纳米管-镁基块体非晶材料增韧机制研究

作为高性能轻质块体材料，大尺寸镁基块体非晶的开发和制备使其在航天等领域极具应用潜力，但镁基块体非晶材料低塑韧性极大地限制了应用。碳纳米管具有非常优异的综合性能，是非晶态复合材料理想的第二相。项目组在已有成熟的碳纳米管和镁基块体非晶材料开发技术的基础上，以碳纳米管-镁基块体非晶复合材料为研究对象，研究碳纳米管增强相对块体非晶材料非晶形成能力的影响、碳纳米管增强相和镁基非晶基体之间的界面特性、碳纳米管对镁基非晶材料塑韧性影响，并利用有限元分析法对复合材料进行宏观设计，在此基础上利用拓扑学原理建立碳纳米管-镁基块体非晶复合材料显微结构特征参数和塑韧性指标的本构方程，确立碳纳米管-镁基块体非晶复合材料的增韧机制,以期为这种新材料的工程应用提供理论基础和试验依据。

本研究项目的结果包括三方面内容：（1）研发了一套制备非晶材料及其块体非晶基复合材料的设备；（2）开发了一批具有高非晶形成能力的Mg基块体非晶合金；（3）制备了碳纳米管-非晶基块体非晶复合材料，并研究了碳纳米管对块体非晶基体的增韧机制。.在第一方面，先后研发了铜模喷铸设备和通有冷却循环水的铜模差压压铸设备来制备块体非晶合金。其中水冷铜模差压压铸设备已申请国家发明专利（中国发明专利CN. 200810114918.3）。通过实践证明，所研发的设备在同行业内制备块体非晶方面已达到我国先进水平。.在第二方面，制备了目前报道的镁基块体非晶最大直径尺寸—7mm的Mg69Ni15Gd10Ag6。.在第三方面，制备了CNTs-Mg基块体非晶复合材料，在断裂过程中，CNTs有效避免了局部的应力集中，抑制了裂纹的产生和扩展，因而在微观上产生了塑性变形。