EAGER/Collaborative Research: Laser Sintering of Nanolayered Carbon Nanotube Paper for Functionally Gradient Ceramic Nanocomposites

EAGER/合作研究:激光烧结纳米层碳纳米管纸用于功能梯度陶瓷纳米复合材料

基本信息

  • 批准号:
    1144949
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 7.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-08-15 至 2013-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The research objective of this EArly-concept Grant for Exploratory Research (EAGER) project is to study the processing-structure-property relationship of functionally gradient nanolayered ceramic nanocomposite coating fabricated through a new paper making - laser sintering process, and test the hypothesis that the addition of carbon nanotubes can yield significant enhancement in mechanical properties of the ceramic coatings. It is a high-risk but high-payoff project because the new process is radically different from traditional approaches to make ceramic nanocomposite coating. This project's approach involves: 1) paper making process to manufacture nanolayered carbon nanotube paper consisting of both ceramic nanoparticles and carbon nanotubes, 2) laser sintering of the paper layer by layer to fabricate the functionally gradient coating, and 3) characterization of microstructures and mechanical properties of the fabricated nanocomposite coating. In the paper making - laser sintering process, good dispersion and controlled alignment of carbon nanotubes will be achieved in a suspension under an electric field. A suitable functionally gradient multilayered coating can be realized by laser sintering of the paper layer by layer, with varied and controlled compositions in each layer. The developed functionally gradient coating can potentially decrease the possibility of cracks and delamination at the coating-substrate interface significantly. Specifically, the grant will be used to demonstrate whether the addition of the carbon nanotubes will result in improved fracture toughness of the coating.This research will have a major impact on ceramic nanocomposite coating through advancing manufacturing science of ceramic nanocomposite coating and better understanding its structure-property relationship. The project will have broad potential impacts on aerospace, automotive, biomedical, and many other areas, where ceramic coatings play a key role. Some examples include the thermal barrier coatings in gas turbine engines, and the wear or corrosion resistance coatings needed in numerous medical implants and mechanical components.
这个早期概念探索性研究资助(EAGER)项目的研究目标是研究通过新的造纸-激光烧结工艺制造的功能梯度纳米层陶瓷纳米复合涂层的加工-结构-性能关系,并检验以下假设:添加碳纳米管可以显着提高陶瓷涂层的机械性能。这是一个高风险但高回报的项目,因为新工艺与制造陶瓷纳米复合涂层的传统方法截然不同。 该项目的方法涉及:1)造纸工艺,制造由陶瓷纳米颗粒和碳纳米管组成的纳米层碳纳米管纸,2)逐层激光烧结纸以制造功能梯度涂层,3)微观结构和机械特性表征制备的纳米复合涂层的性能。在造纸-激光烧结过程中,碳纳米管在电场作用下的悬浮液中将实现良好的分散和受控排列。合适的功能梯度多层涂层可以通过逐层激光烧结纸来实现,每层具有变化且受控的成分。所开发的功能梯度涂层可以显着降低涂层-基材界面出现裂纹和分层的可能性。具体来说,这笔资助将用于证明碳纳米管的添加是否会提高涂层的断裂韧性。这项研究将通过推进陶瓷纳米复合涂层的制造科学并更好地了解其结构,对陶瓷纳米复合涂层产生重大影响——财产关系。该项目将对航空航天、汽车、生物医学和陶瓷涂层发挥关键作用的许多其他领域产生广泛的潜在影响。 一些例子包括燃气涡轮发动机中的热障涂层,以及许多医疗植入物和机械部件所需的耐磨或耐腐蚀涂层。

项目成果

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