Forschern ist ein Durchbruch bei der Entwicklung gelungenKohlenstoffnanoröhre (CNT)verstärkte Aluminiumverbundstoffe durch Verwendung ultrakurzer CNTs mit einzigartiger intrakristalliner Dispergierbarkeit. Die nanoskaligen Kohlenstoffnanoröhren sind gleichmäßig innerhalb der ultrafeinen Aluminiumkörner verteilt. Im Vergleich zu typischen CNT/Al-Verbundwerkstoffen mit intergranularer CNT-Dispersion verfügt dieser intrakristalline Kohlenstoff-Nanoröhrchen/Aluminium-Verbundwerkstoff über eine stärkere Fähigkeit, Versetzungen zu verankern und aufrechtzuerhalten, was zu einer verbesserten Festigkeit und Duktilität führt. Diese innovative intrakristalline Dispersionsstrategie bietet einen neuen Weg für die Entwicklung starker und robuster nanokohlenstoffverstärkter Verbundwerkstoffe auf Metallbasis. Die Forschung wurde kürzlich in einer renommierten Fachzeitschrift veröffentlicht.
Den Forschern zufolge bietet die Verwendung ultrakurzer CNTs mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen CNTs, darunter eine bessere Dispergierbarkeit und geringere Verarbeitungskosten. Die Verteilung der CNTs innerhalb der Aluminiumkörner eliminiert das Risiko einer CNT-Agglomeration und der Bildung von Hohlräumen an der Grenzfläche. Diese intrakristalline Dispersion verbessert die mechanische Gesamtleistung des Verbundmaterials erheblich.
Die Studie liefert Einblicke in die mechanischen Eigenschaften intrakristalliner Kohlenstoff-Nanoröhrchen/Aluminium-Verbundwerkstoffe und eröffnet neue Möglichkeiten für die Gestaltung nanostrukturierter Verbundwerkstoffe auf Metallbasis mit überlegener Festigkeit und Duktilität. Solche Materialien haben potenzielle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbereich und anderen Bereichen der Hochleistungstechnik.
Abbildung 1. Schematische Darstellung der Herstellung langer und kurzer CNT/Al-Verbundmaterialien durch Kugelmahl-, Sintern- und Heißextrusionsverfahren mit variabler Geschwindigkeit
Abbildung 2. TEM-Bilder von langen (a) und kurzen (b) CNT/Al-Verbundmaterialien. Der Prozentsatz und die Längenverteilung intergranularer und intragranularer Kohlenstoffnanoröhren in extrudierten Verbundmaterialien: (a) lange CNT/Al-Verbundmaterialien, (b) kurze CNT/Al-Verbundmaterialien.
Abbildung 3. (a) STEM-Bild eines langen Kohlenstoff-Nanoröhrchen/Aluminium-Verbundmaterials, mit weißen Pfeilen, die Kohlenstoff-Nanoröhrchen darstellen, und (b-d) HRTM, das die Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Struktur zeigt, mit γ - Al2O3 und Al4C3; (e) Kurzes CNT/Al-Verbundmaterial, weißer Pfeil stellt CNTs dar, (f-h) HRTEM stellt die Struktur von CNTs und γ - Al2O3 dar.
Abbildung 4. (a) Technische Zugspannungs-Dehnungs-Kurve, (b) Echte Spannungs-Dehnungs-Kurve, (c) Kurve der Verfestigungsrate von Al- und langen kurzen CNT/Al-Verbundwerkstoffen. (d) Dehnungsrate und Verstärkungseffizienz.
Abbildung 5. STEM-Bilder und Versetzungsdichte von Verbundwerkstoffen nach 4 % Zugverformung: (a), (c) lange CNT/Al-Verbundwerkstoffe und (b), (d) kurze CNT/Al-Verbundwerkstoffe.
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