[發明專利]一種超聲場下高導熱系數鋁基復合材料的制備方法

無效

• 申請號: 201210467381.5
• 申請日: 2012-11-19
• 公開（公告）號: CN102943223A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發明（設計）人: 焦雷;李惠;張賽;吳岳;王曉路;王天平
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C22C47/04
• 分類號: C22C47/04;C22C47/08;C22C49/06;C22C49/14;C22C101/10;C22C121/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術領域

????本發明涉及一種超聲場下高導熱系數鋁基復合材料的制備方法，屬于碳納米管增強鋁基復合材料的制備技術。?

背景技術

?鋁基復合材料來源廣泛，加工性能好，在日常生活中應用廣泛。但隨著現代工業特別是航空航天技術的發展，以及電子行業中對集成電路的散熱問題的研究，人們對材料的熱傳導性能的要求越來越高，傳統金屬材料的性能已經不能滿足實際應用需要,研發高導熱系數材料性，提高材料的熱傳導性能已經成為一種發展趨勢。?

1991年，日本NEC的Iijimatl用電子顯微鏡觀察石墨直流放電的產物時，發現了碳納米管（ＣＮＴｓ）。自此以后，ＣＮＴｓ以其獨特的結構、優良的物理和化學性能、巨大的應用前景吸引了大批的物理學家、化學家和材料學家的興趣，成為科學領域的研究熱點。而碳納米管的一維分子材料和六邊形完美連接結構,具有較大長徑比,因而其沿著長度方向的熱交換性能很高，相對的其垂直方向的熱交換性能較低，通過合適的取向，碳納米管可以合成高各向異性的熱傳導材料。另外，碳納米管有著較高的熱導率，只要在復合材料中摻雜微量的碳納米管?,該復合材料的熱導率將會得到很大的改善。碳納米材料作為增強體提高復合材料的導熱性能具有重要的應用價值和不可估量的研發前景。?

然而，把鋁粉和碳納米管混合，直接壓制很難解決碳納米管在鋁基復合材料中的分散及其與基體之間的浸潤問題，碳納米管在復合粉末中團聚，形成弱相，弱相容易引發孔隙、裂紋,尤其是當碳納米管在晶界處團聚時,使得晶界強度大幅度降低,從而大大降低復合材料的物理和力學性能。因此，在制備碳納米管增強金屬基復合材料的過程中,關鍵的技術就是將碳納米管均勻、彌散地分散在金屬基體中,避免增強相在基體中團聚形成弱相。高能超聲波在熔體介質中會產生周期性的應力和聲壓，并由此導致許多非線性效應，如聲空化（Ultrasonic?Cavitation）和聲流（Acoustic?Streaming）效應等。高能超聲的這些效應可在極短時間（數十秒）內顯著改善微細顆粒與熔體的潤濕性，并迫使其在熔體中均勻分散。因此，將高能超聲處理與傳統的鑄造成形工藝相結合，不僅可以實現微細顆粒在熔體中的彌散分布，而且還保留了傳統鑄造法近凈成形的特點，是近年來材料技術研究中的一大熱點。?

發明內容

本發明的目的在于提供一種碳納米管增強鋁基復合材料，該材料具有良好的導熱性能；本發明的另一目的是提供一種碳納米管增強鋁基復合材料的制備方法，通過碳納米管表面鍍鎳處理，提高其表面活性，再經過超聲場攪拌處理，從而獲得碳管分布均勻，導熱系數優良的復合材料。?

由于碳納米管自身不具有催化表面，首先進行化學鍍鎳，再將鍍好鎳的碳納米管置入鋁液中，在一定的超聲場環境下冷卻凝固，制得該材料。?

本發明超聲場下高導熱系數鋁基復合材料由下述方法制備：?

（1）在堿性條件下，采用硫酸鎳為鍍液主要成分，檸檬酸鉀(K₃C₆H₅O₇)為絡合劑，次亞磷酸鈉(NaH₂PO₂)為還原劑在碳納米管表面進行化學鍍鎳；其濃度配比分別為NiSO₄.6H₂O?20?g/L，?NaH₂PO₂.H₂O?15?g/L，檸檬酸鉀?2g/L；

（2）將鋁合金熔融，然后靜置一段時間，待基體鋁液冷卻至半固態；

（3）將表面經過鍍鎳處理的碳納米管粉末加入到半固態的基體金屬中，攪拌一定時間后升溫至基體合金液相線溫度以上,再攪拌一段時間；

（4）使用高能超聲對反應熔體進行超聲化學處理，促使增強相均勻分布；

（5）將超聲處理后的熔體澆鑄工件模具內，最后冷卻成模。

步驟（2）中熔體溫度640℃-670℃。?

步驟（4）使用高能超聲對反應熔體進行超聲分散處理；變幅桿進入熔體深度為8mm，超聲頻率20kHz，超聲功率分為0.8kW-1.8kW，作用時間150s-300s。?

本發明的制備方法是先對碳納米管進行鍍鎳處理，改善其表面活性，經過改性處理后的碳納米管與基體具有良好的潤濕性,可以形成牢固的界面,同時也可以促進碳納米管在基體中的分散，然后在超聲場作用下，利用攪熔鑄造法制備碳納米管（ＣＮＴｓ）增強鋁基復合材料，其優點在于制備的復合材料碳管增強體分布均勻，導熱系數高，且設備簡單、生產效率高，便于進行大規模生產。?

具體實施方式