[發明專利]一種泡沫骨架結構增強金屬基復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 201610161232.4
• 申請日: 2016-03-21
• 公開（公告）號: CN105779804B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 周科朝;魏秋平;馬莉;余志明
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C1/08
• 分類號: C22C1/08;C23C16/26;C23C16/27
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明公開了一種泡沫骨架結構增強金屬基復合材料，屬于復合材料制備技術領域。

背景技術

金剛石具有高導熱率(室溫可達2200W/mK)、超硬、耐磨等優異的物理性能。碳納米管、石墨烯是近年來被發現的新型碳納米材料，均具有高熱導率和優異的電學、力學等性能。因此，將金剛石、石墨烯、碳納米管單一相或混合相作為增強相與金屬復合，可獲得更為優異的導熱、導電和力學性能，滿足不同領域對導熱、導電和力學性能的需求。

目前國內外主要研究思路是增加金剛石顆粒含量和改善金剛石顆粒/金屬的復合界面，均取得了較好的效果。然而，此種復合結構中的金剛石顆粒(熱導率1800-2200W/mK)猶如一座座由金屬(Al-237W/mK、Cu-398W/mK)連接的導熱孤島，既增加了兩相界面數量，又難產生協同作用，使金剛石優異的導熱性能難以充分發揮。網絡互穿結構，即增強相與基體相在空間都保持連續分布，從而可弱化復合界面對材料熱學性能的顯著影響，既能充分發揮增強相的高增強效率，又不降低金屬基體在復合材料中的良好塑韌性。然而，對于傳統的顆粒增強型復合材料，網絡互穿結構的制備難度很大，尤其是非金屬增強相網絡結構的制備，高的脆性、高的模量和硬度導致其很難加工成型。

中國發明專利CN105112754A提出了一種三維網絡金剛石骨架增強金屬基復合材料及制備方法，其中金屬三維網絡骨架襯底采用機械加工方法制備或采用金屬線編織而成。然而，傳統的機械加工方法屬于多維加工，加工工序多，成本較高。此外，機械加工受制于傳統機械加工手段和設備的束縛，對三維多孔骨架內部孔徑、聯通性的精細控制難度較大。采用金屬線編織的方法，存在三維孔隙間含有縫隙，且工藝流程復雜等問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有金剛石顆粒增強金屬基復合材料中的金剛石導熱效率不高這一缺陷，通過化學氣相沉積技術構建高導熱泡沫骨架結構增強體，并與金屬基體復合，變高導熱孤島為高導熱通道，大幅度提升高導熱材料在復合材料中的導熱效率。

本發明一種泡沫骨架結構增強金屬基復合材料，所述復合材料包括泡沫骨架、基體材料，所述泡沫骨架選自泡沫金屬骨架或泡沫陶瓷骨架或泡沫碳骨架，所述基體材料選自金屬材料。

本發明一種泡沫骨架結構增強金屬基復合材料，所述金屬基體選自金屬銅、鋁、鎂、銀、鈦、鈷、鎳、鎢、鉬、鉭、鈮的一種或銅基合金、鋁基合金、鎂基合金、銀基合金、鈦基合金、鈷基合金、鎳基合金、鎢基合金、鉬基合金、鉭基合金、鈮基合金中的一種。

本發明一種泡沫骨架結構增強金屬基復合材料，所述泡沫金屬骨架選自泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鈦、泡沫鈷、泡沫鎢、泡沫鉬、泡沫鉻、泡沫鐵鎳、泡沫鋁中的一種；所述泡沫陶瓷骨架選自泡沫A1₂O₃、泡沫ZrO₂、泡沫SiC、泡沫Si₃N₄、泡沫BN、泡沫B₄C、泡沫AlN、泡沫WC、泡沫Cr₇C₃中的一種。

本發明一種泡沫骨架結構增強金屬基復合材料，泡沫孔徑為0.01-10mm，孔隙率40-99％，泡沫孔洞均勻分布或隨機分布；泡沫骨架為平面結構或三維立體結構。

本發明一種泡沫骨架結構增強金屬基復合材料，所述泡沫骨架表面設有強化層。

本發明一種泡沫骨架結構增強金屬基復合材料，所述強化層選自金剛石膜、石墨烯膜、碳納米管膜、金剛石/石墨烯膜、金剛石/碳納米管膜、石墨烯/碳納米管膜、金剛石/石墨烯/碳納米管膜中的一種，強化層厚度為0.34nm-800微米。

本發明一種泡沫骨架結構增強金屬基復合材料，強化層中，金剛石/石墨烯膜是指在金剛石表面原位生長石墨烯，且石墨烯垂直于金剛石表面形成石墨烯墻；

金剛石/碳納米管膜是指在金剛石表面催化生長碳納米管，且碳納米管垂直于金剛石表面形成碳納米管林；

石墨烯/碳納米管膜是指在石墨烯表面催化生長碳納米管，且碳納米管垂直于石墨烯表面形成碳納米管林；

金剛石/石墨烯/碳納米管膜是指在金剛石表面原位生長石墨烯膜后再催化生長碳納米管林，且石墨烯在金剛石表面鋪展成膜，碳納米管垂直于金剛石和石墨烯表面形成碳納米管林。