[發明專利]一種碳納米管-氧化鋁復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410214693.4
• 申請日: 2014-05-20
• 公開（公告）號: CN103979942A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 武璽旺;朱聰旭;索江飛;符俊杰;李森林;吳國棟;鄒偉
• 申請（專利權）人: 許昌學院
• 主分類號: C04B35/10
• 分類號: C04B35/10;C04B35/63;C04B35/622
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種碳納米管-氧化鋁復合材料及其制備方法。

背景技術

氧化鋁陶瓷材料具有優秀的強度和硬度，莫氏硬度達到9，是一種應用前景很大的無機結構材料。同時作為陶瓷材料，氧化鋁材料非常脆，韌性很差，嚴重制約其應用領域的拓展。如何改善氧化鋁材料的韌性，是氧化鋁結構材料應用的關鍵技術之一。目前氧化鋁增韌改性的方法有：氧化鋯相變增韌氧化鋁，納米晶增韌氧化鋁，氧化鋁纖維增韌氧化鋁等方法。碳納米管具有具有非常好的力學性能，抗拉強度達50-200GPa，是鋼的100倍，是最理想的增強纖維。采用碳納米管纖維增韌氧化鋁，將能獲得高強度、高硬度，同時具有較好斷裂韌性的碳納米管-氧化鋁復合材料。將能極大拓寬氧化鋁作為無機結構材料的應用范圍。

發明內容

為了解決現有技術中的不足，本發明提供了一種碳納米管-氧化鋁復合材料及其制備方法。

本發明采用如下技術方案：

本發明的碳納米管-氧化鋁復合材料是由碳納米管和氧化鋁組成；其中碳納米管的重量百分比含量為0.1-6％。

作為優選的方案之一：碳納米管的重量百分比含量為0.5％。

作為優選的方案之一：碳納米管的重量百分比含量為1％。

作為優選的方案之一：碳納米管的重量百分比含量為2％。

制備本發明的碳納米管-氧化鋁復合材料的方法的具體步驟如下：

(1)首先按照配比使用剪切法制備碳納米管-氧化鋁復合粉體；將碳納米管、氧化鋁粉加入熔融的熱塑性高分子熔體中攪拌混合；將混合料加入雙螺桿擠出機或單螺桿擠出機中擠出分散至穩定；將擠出料高溫脫脂，去除高分子材料得到碳納米管-氧化鋁復合粉體；

(2)然后往碳納米管-氧化鋁復合粉體中加入質量濃度為5％的PVA溶液，然后攪拌均勻，PVA溶液加入量為復合粉體重量的2-10％，然后再進行烘干；

(3)將烘干后的復合粉體用壓片機進行預壓成型，壓片機壓力為20-60MPa；

(4)然后在氮氣保護下進行熱壓燒結，氮氣壓力為20-60MPa，燒結溫度為1000-1500℃，到達燒結溫度后保溫10-60min，熱壓燒結完成，冷卻至室溫即可制得碳納米管-氧化鋁復合材料。

步驟(1)中，熱塑性高分子是石蠟、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚甲醛、聚碳酸酯中的一種或幾種。

步驟(2)中，PVA溶液加入量優選為復合粉體重量的6％。

步驟(3)中，壓片機壓力優選為40MPa。

步驟(4)中，優選氮氣壓力為40MPa，燒結溫度為1150℃，保溫時間為30min。

步驟(4)中，燒結時，升溫速率為8℃/min。

本發明的積極效果如下：

本發明的碳納米管-氧化鋁復合材料具有如下優點：碳納米管在氧化鋁基體中均勻分散，保證材料性能連續；相對于溶液分散法，工藝簡單，無需酸洗等不環保工序，適于批量制造較大尺寸產品；采用熱壓燒結方法在保證材料強度、硬度的情況下，顯著提高其斷裂韌性。

附圖說明

圖1是碳納米管含量與相對密度的關系的示意圖。

圖2是碳納米管含量與復合材料斷裂韌性的關系的示意圖。

圖3是不同碳納米管含量下熱壓燒結碳納米管-氧化鋁復合材料XRD圖。

圖4是不同碳納米管含量下熱壓燒結碳納米管-氧化鋁復合材料的SEM圖。

(a)，0wt％CNTs含量；(b)，1wt％CNTs含量；(c)，2wt％CNTs含量；(d)，4wt％CNTs含量

具體實施方式

下面的實施例是對本發明的進一步詳細描述。

實施例1

本發明的碳納米管-氧化鋁復合材料是由碳納米管和氧化鋁組成；其中碳納米管的重量百分比含量為1％。

制備本發明的碳納米管-氧化鋁復合材料的方法的具體步驟如下：

(1)首先按照配比使用剪切法制備碳納米管-氧化鋁復合粉體；將碳納米管、氧化鋁粉加入熔融的聚乙烯熔體中攪拌混合；將混合料加入雙螺桿擠出機或單螺桿擠出機中擠出分散至穩定；將擠出料高溫脫脂，去除高分子材料得到碳納米管-氧化鋁復合粉體。

(2)然后往碳納米管-氧化鋁復合粉體中加入質量濃度為5％的PVA溶液，然后攪拌均勻，PVA溶液加入量為復合粉體重量的6％，然后再進行烘干；

(3)將烘干后的復合粉體用壓片機進行預壓成型，壓片機壓力為4MPa；