[發(fā)明專利]一種超聲場(chǎng)下高導(dǎo)熱系數(shù)鋁基復(fù)合材料的制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210467381.5
• 申請(qǐng)日: 2012-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN102943223A
• 公開（公告）日: 2013-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 焦雷;李惠;張賽;吳岳;王曉路;王天平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C47/04
• 分類號(hào): C22C47/04;C22C47/08;C22C49/06;C22C49/14;C22C101/10;C22C121/02
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所 32207
• 代理人: 盧亞麗

技術(shù)領(lǐng)域

????本發(fā)明涉及一種超聲場(chǎng)下高導(dǎo)熱系數(shù)鋁基復(fù)合材料的制備方法，屬于碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備技術(shù)。?

背景技術(shù)

?鋁基復(fù)合材料來(lái)源廣泛，加工性能好，在日常生活中應(yīng)用廣泛。但隨著現(xiàn)代工業(yè)特別是航空航天技術(shù)的發(fā)展，以及電子行業(yè)中對(duì)集成電路的散熱問(wèn)題的研究，人們對(duì)材料的熱傳導(dǎo)性能的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)金屬材料的性能已經(jīng)不能滿足實(shí)際應(yīng)用需要,研發(fā)高導(dǎo)熱系數(shù)材料性，提高材料的熱傳導(dǎo)性能已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。?

1991年，日本NEC的Iijimatl用電子顯微鏡觀察石墨直流放電的產(chǎn)物時(shí)，發(fā)現(xiàn)了碳納米管（ＣＮＴｓ）。自此以后，ＣＮＴｓ以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、優(yōu)良的物理和化學(xué)性能、巨大的應(yīng)用前景吸引了大批的物理學(xué)家、化學(xué)家和材料學(xué)家的興趣，成為科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。而碳納米管的一維分子材料和六邊形完美連接結(jié)構(gòu),具有較大長(zhǎng)徑比,因而其沿著長(zhǎng)度方向的熱交換性能很高，相對(duì)的其垂直方向的熱交換性能較低，通過(guò)合適的取向，碳納米管可以合成高各向異性的熱傳導(dǎo)材料。另外，碳納米管有著較高的熱導(dǎo)率，只要在復(fù)合材料中摻雜微量的碳納米管?,該復(fù)合材料的熱導(dǎo)率將會(huì)得到很大的改善。碳納米材料作為增強(qiáng)體提高復(fù)合材料的導(dǎo)熱性能具有重要的應(yīng)用價(jià)值和不可估量的研發(fā)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(fù)合材料中的分散及其與基體之間的浸潤(rùn)問(wèn)題，碳納米管在復(fù)合粉末中團(tuán)聚，形成弱相，弱相容易引發(fā)孔隙、裂紋,尤其是當(dāng)碳納米管在晶界處團(tuán)聚時(shí),使得晶界強(qiáng)度大幅度降低,從而大大降低復(fù)合材料的物理和力學(xué)性能。因此，在制備碳納米管增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的過(guò)程中,關(guān)鍵的技術(shù)就是將碳納米管均勻、彌散地分散在金屬基體中,避免增強(qiáng)相在基體中團(tuán)聚形成弱相。高能超聲波在熔體介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生周期性的應(yīng)力和聲壓，并由此導(dǎo)致許多非線性效應(yīng)，如聲空化（Ultrasonic?Cavitation）和聲流（Acoustic?Streaming）效應(yīng)等。高能超聲的這些效應(yīng)可在極短時(shí)間（數(shù)十秒）內(nèi)顯著改善微細(xì)顆粒與熔體的潤(rùn)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(tǒng)的鑄造成形工藝相結(jié)合，不僅可以實(shí)現(xiàn)微細(xì)顆粒在熔體中的彌散分布，而且還保留了傳統(tǒng)鑄造法近凈成形的特點(diǎn)，是近年來(lái)材料技術(shù)研究中的一大熱點(diǎn)。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，該材料具有良好的導(dǎo)熱性能；本發(fā)明的另一目的是提供一種碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，通過(guò)碳納米管表面鍍鎳處理，提高其表面活性，再經(jīng)過(guò)超聲場(chǎng)攪拌處理，從而獲得碳管分布均勻，導(dǎo)熱系數(shù)優(yōu)良的復(fù)合材料。?

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

本發(fā)明超聲場(chǎng)下高導(dǎo)熱系數(shù)鋁基復(fù)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(luò)合劑，次亞磷酸鈉(NaH₂PO₂)為還原劑在碳納米管表面進(jìn)行化學(xué)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(shí)間，待基體鋁液冷卻至半固態(tài)；

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

（4）使用高能超聲對(duì)反應(yīng)熔體進(jìn)行超聲化學(xué)處理，促使增強(qiáng)相均勻分布；

（5）將超聲處理后的熔體澆鑄工件模具內(nèi)，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(duì)反應(yīng)熔體進(jìn)行超聲分散處理；變幅桿進(jìn)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(shí)間150s-300s。?

本發(fā)明的制備方法是先對(duì)碳納米管進(jìn)行鍍鎳處理，改善其表面活性，經(jīng)過(guò)改性處理后的碳納米管與基體具有良好的潤(rùn)濕性,可以形成牢固的界面,同時(shí)也可以促進(jìn)碳納米管在基體中的分散，然后在超聲場(chǎng)作用下，利用攪熔鑄造法制備碳納米管（ＣＮＴｓ）增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，其優(yōu)點(diǎn)在于制備的復(fù)合材料碳管增強(qiáng)體分布均勻，導(dǎo)熱系數(shù)高，且設(shè)備簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高，便于進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。?

具體實(shí)施方式