铝基复合材料因其质量轻,比强度和模量高,价格相对较低等优点,被广泛应用于航空航天,汽车、船舶和其他工业领域。碳纳米管(CNTs)具有优良的机械性能,且导电性和热学性能良好,是一种理想的复合材料增强相。因此,碳纳米管增强铝基复合材料有着诱人的研究和应用前景。但实际研究发现:CNTs易团聚,分散性差,且与铝润湿性差,难形成较好的界面结合。此外,以CVD为主生产的CNTs通常含有无定形碳和催化杂质,易造成材料性能下降。因此,使CNTs均匀分布在铝基体中并获得较好的界面,从而提高材料的力学性能是困扰研究者的难题所在。针对以上问题,本文采用酸洗+羧基化对CNTs进行预处理,提高其分散性;通过密度和硬度测试,确定了CNTs/Al复合材料的烧结条件,并利用自行设计的挤压模具对所制备了两种长径比CNTs/Al复合材料进行了热挤。通过硬度、拉伸和热机械振动谱(DMA)测试手段,对不同CNTs含量(0-2.0 wt.%,重量百分比,下同)复合材料的力学性能进行了测试,获得了长径比(大长径比LR=4200,小长径比SR=110)和CNTs含量对合金力学性能的影响。结合相应的微结构观察,对其强化机理进行了分析。CNTs与Al粉复合微结构观察表明:当CNTs含量在1.0 wt.%及以下时,CNTs可较均匀地吸附在Al粉表面,而当含量增加至2.0 wt.%时,CNTs团聚现象严重。烧结温度优化结果表明:在60 MPa原位应力作用下,580℃烧结可获得较好的烧结效果。烧结态复合材料经20倍挤压比在425℃热挤后,所有LR-CNTs/Al复合材料的致密度在99.79~99.86%,表现出很好的一致性;而SR-CNTs/Al复合材料的致密度则在99.41~99.79%,致密度和一致性均稍有降低。580℃烧结+425℃热挤态CNTs/Al复合材料的室温拉伸性能表明:LR-CNTs含量在0-1.0 wt.%时,复合材料的力学性能均随CNTs含量的增加而快速增加;进一步增加CNTs含量至2.0 wt.%时,强度几乎保持不变。1.0 wt.%含量复合材料的抗拉强度可达158 MPa,比同样条件制备的不含LR-CNTs的纯铝抗拉强度(113MPa)高40%。相对于CNTs含量对强度的显著影响,长径比对复合材料强度的影响小得多。在相同CNTs含量下,长径比对复合材料抗拉强度无明显影响,但对屈服强度有一定影响。SR-CNTs/Al复合材料的屈服强度略高。仔细分析发现,对CNTs近似均匀分布的CNTs/Al复合材料而言,其硬度、屈服强度和抗拉强度增量均与CNTs含量的平方根成正比,这表明其主要强化机制为弥散强化,而非很多工作表明的载荷转移等强化机制。热机械振动谱测试结果表明:所有CNTs/Al复合材料DMA谱并不会出现传统多晶纯Al的晶界内耗峰,表明CNTs添加在一定程度上会改变纯Al的晶界结构。整体而言,只有模量模|E|表现出明显的规律性。随着CNTs含量增加,|E|先增大至最大后近似保持不变,且最大|E|处的CNTs含量随着样品温度升高而降低。长径比对|E|也有一定影响:在相同CNTs含量下,LR-CNTs/Al复合材料的|E|稍高。值得指出的是:只有在100℃及以下温度时,1.0 wt.%含量的LR-CNTs/Al复合材料|E|稍高于同等温度下商业纯铝值。而对其它含量,包括所有SR-CNTs/Al复合材料,模量模|E|均低于同样温度下的商业纯铝。而且|E|降低量随样品温度升高而增大。这可能与CNTs/Al界面结合随温度升高而变差有关。综上所述,本文在CNTs纯化和羧基化基础上,通过烧结+热挤法制备了两种长径比、含量在0~2.0 wt.%的CNTs/Al复合材料。通过硬度、拉伸和DMA测试,获得了CNTs含量和长径比对复合材料力学性能的影响。整体而言,复合材料力学性能随CNTs含量增加而增大,当CNTs含量增加至1.0 wt.%以上时,复合材料性能不再增加。