[發(fā)明專利]一種制備納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的工藝

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010298647.9
• 申請(qǐng)日: 2010-10-08
• 公開（公告）號(hào): CN101956149A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡曉蘭;王曉飛;張代明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C49/06
• 分類號(hào): C22C49/06;C22C49/14;C22C47/14;C22C21/00;C22C1/05;C22C101/10
• 代理公司: 昆明慧翔專利事務(wù)所 53112
• 代理人: 程韻波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種制備納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的工藝，屬于冶金材料制備的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

納米碳管是由單層或多層碳六邊形平面卷曲而成的無縫納米管裝材料，它不僅具有密度小和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，而且具有優(yōu)異的力學(xué)性能(高彈性模量、抗拉強(qiáng)度)、耐磨性和自潤(rùn)滑性能，是一種理想的增強(qiáng)體，并且由于納米碳管的體積遠(yuǎn)小于常規(guī)碳纖維，所以在作為金屬基的增強(qiáng)體時(shí)，不會(huì)破壞基體的連續(xù)性，這些都為制備高性能復(fù)合材料奠定了良好的基礎(chǔ)。在金屬基復(fù)合材料領(lǐng)域中，鋁基復(fù)合材料以其密度小、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐高溫和加工性能好等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造等領(lǐng)域，具有廣闊的發(fā)展前景。

目前公知的制備納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法一般采用先對(duì)納米碳管進(jìn)行混合酸或加入表面活性劑處理以提高其分散性，然后在酒精或其它溶劑中進(jìn)行濕磨，濕磨后進(jìn)行真空干燥，最后燒結(jié)或使用熱壓工藝在高溫下進(jìn)行擠壓制得所需材料。制備工藝流程長(zhǎng)，制備時(shí)間一般超過20h，生產(chǎn)效率不高。

在公開號(hào)為CN1827827A名稱為“一種碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其空氣熱壓制備方法”中，采用濕磨的同時(shí)使用超聲波，然后進(jìn)行干燥最后進(jìn)行熱壓的方法，工藝流程較復(fù)雜，制備時(shí)間長(zhǎng)；在公開號(hào)為CN1834280A名稱為“碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料及其真空熱壓制備方法”中，采用高能球磨10～15h，低能球磨20～25h的兩步球磨法，制備時(shí)間較長(zhǎng)，整個(gè)流程較為復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種制備納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的工藝，該復(fù)合材料由質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1％～10％的納米碳管和89％～98.9％的鋁粉以及1～5％的助劑作為原料，按球磨粉末→壓制成形→真空燒結(jié)→得到納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的工藝流程，制備出了具有高強(qiáng)度、高密度等性能的鋁基復(fù)合材料。采用轉(zhuǎn)速為200～1000轉(zhuǎn)/分的臥式高能研磨機(jī)研磨，干法一步合成，省去了對(duì)粉體進(jìn)行超聲和干燥的工序，制備時(shí)間短，并解決了納米碳管在鋁基復(fù)合材料中均勻分散的問題。

本發(fā)明按照如下步驟完成

(1)以質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1％～10％的納米碳管、89％～98.9％的鋁粉以及1～5％的助劑作為原料，其中所述納米碳管平均直徑為10～50nm，平均長(zhǎng)度為1～15μm，所述鋁粉為鋁重量百分含量≥99.9％的鋁粉，平均粒度為5μm～50μm，所述助劑為無水乙醇、硬脂酸、硬脂酸鋁、硬脂酸鋅、Al₂O₃、聚乙烯醇中的一種或幾種的混合物；

(2)將上述配好的原料放入研磨機(jī)中進(jìn)行研磨，選擇氬氣球磨氣氛以防止球磨過程中粉體發(fā)生氧化，研磨所使用的介質(zhì)為不銹鋼球，球料比為5-40∶1，研磨機(jī)轉(zhuǎn)速為200～1000轉(zhuǎn)/分，研磨時(shí)間為20～120分鐘；

(3)研磨后的粉料在壓力為100～1000MPa的壓力下，保壓3～10分鐘使其達(dá)到密實(shí)狀態(tài)；

(4)壓坯在真空度為10^-2～6×10^-2Pa的環(huán)境中，控制在400～700℃的溫度下進(jìn)行真空燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)間為0.5～3小時(shí)，燒結(jié)后隨爐冷卻至室溫。

與公知技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)：在較短時(shí)間內(nèi)可以使得納米碳管在鋁基中均勻分散并與鋁基緊密結(jié)合，整個(gè)流程制備時(shí)間短，資源利用率高，可以廣泛應(yīng)用于工業(yè)化。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

秤取1.0g納米碳管、97.0g平均直徑為30μm的鋁粉及2.0g無水乙醇，配好的原料混合后放入高能攪拌研磨機(jī)中，其中球料比為15∶1，轉(zhuǎn)速為800轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為40min，然后在模具中以500MPa的壓力壓制成形為30×10×6mm的壓坯，保壓4min，壓制后的壓坯放于真空燒結(jié)爐中，在真空度為10^-2～6×10^-2Pa的環(huán)境中在520±5℃的溫度下燒結(jié)120min，得到納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。材料的布氏硬度為63.7HBs，致密度為99.83％。

實(shí)施例2

秤取7.0g納米碳管、90.0g平均直徑為10μm的鋁粉及3.0g硬脂酸和聚乙烯醇按1∶1的比例混合，配好的原料放入高能攪拌研磨機(jī)中，其中球料比為30∶1，轉(zhuǎn)速為400轉(zhuǎn)/分，球磨時(shí)間為70min，然后在模具中以800MPa的壓力壓制成形為30×10×6mm的壓坯，保壓8min，壓制后的壓坯放于真空燒結(jié)爐中，在真空度為10^-2～6×10^-2Pa的環(huán)境中，于650±5℃的溫度下燒結(jié)90min，得到納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。材料的布氏硬度為70.4HBs，致密度為99.65％。