碳纳米管协同增强SiC/7055Al复合材料的界面调控与摩擦学性能优化

本研究针对铝基复合材料中增强相易剥离、界面结合弱等问题，通过粉末冶金法制备了碳纳米管(CNT)改性的SiC/7055Al复合材料。研究发现CNT可抑制裂纹扩展并减少SiC颗粒剥落，5% SiC与0.05% CNT配比的复合材料展现出最优摩擦学性能（以磨粒磨损和疲劳磨损为主），为航空航天轻量化材料设计提供了新思路。

　　

在航空航天和汽车工业对轻量化材料需求日益增长的背景下，铝基复合材料因兼具低密度和高比强度的特性成为研究热点。然而，传统铝基复合材料中陶瓷增强相（如SiC颗粒）与基体的弱界面结合常导致材料服役过程中颗粒剥落、磨损加剧等问题。碳纳米管(CNT)因其卓越的力学性能被视为理想增强体，但如何通过协同效应优化复合材料界面结构与摩擦学性能仍是技术难点。

江苏豪然喷射成形合金有限公司等机构的研究人员采用真空热压烧结技术，创新性地将CNT引入SiC/7055Al复合材料体系。通过高能球 milling 实现CNT在SiC颗粒与铝基体界面的精准分布，构建了独特的"SiC晶界网络+CNT界面桥接"复合结构。该研究发表于《Vacuum》，揭示了CNT对复合材料力学与摩擦学性能的协同增强机制。

关键技术包括：1）粉末冶金法制备CNT/SiC/7055Al混合粉末；2）真空热压烧结成型（相对密度>97%）；3）T6热处理调控相组成；4）摩擦磨损试验结合显微结构分析。

【材料表征】
扫描电镜显示原始粉末中7055Al呈球形（~9μm），SiC为不规则纳米颗粒（~500nm），CNT呈高长径比团聚态。XRD分析表明烧结态含α-Al、MgZn₂和SiC相，而T6处理后MgZn₂相溶解，形成以α-Al和SiC为主的组织。

【性能优化】
5% SiC+0.05% CNT复合材料表现出最优摩擦学性能：1）CNT的高长径比特性有效抑制裂纹萌生/扩展；2）SiC网络结构提升载荷承载能力；3）CNT界面锚固减少SiC颗粒剥落，磨损机制以温和磨粒磨损和疲劳磨损为主，显著优于其他配比的纯疲劳磨损特征。

【结论与意义】
该研究证实CNT与SiC的协同效应可使复合材料硬度提升15%、磨损率降低40%，其创新点在于：1）提出"纳米-微米"双尺度增强策略；2）阐明CNT界面桥接对裂纹抑制的物理机制；3）为开发新一代轻量化耐磨材料提供理论依据。研究成果对航空航天发动机部件、高速列车制动系统等关键领域具有重要应用价值。