[發(fā)明專利]一種涂覆氧化鋁晶須碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610812615.3
• 申請日: 2016-09-09
• 公開（公告）號(hào): CN106399880B
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閆洪;吳慶捷
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C49/06
• 分類號(hào): C22C49/06;C22C49/14;C22C47/04;C22C101/10;C22C121/02
• 代理公司: 南昌新天下專利商標(biāo)代理有限公司 36115
• 代理人: 施秀瑾

一種涂覆氧化鋁的晶須碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，先制備涂覆氧化鋁的晶須碳納米管，然后將鋁合金粉導(dǎo)入涂覆氧化鋁的晶須碳納米管懸濁液中得到混料，50～100℃真空烘干，再導(dǎo)入球磨坩堝，氬氣保護(hù)下球磨；60～150MPa冷壓壓制成預(yù)制塊；放入模具中，以5～10℃/min加熱速率加熱該模具至固相線以下10～20℃，然后再以1～5℃/min繼續(xù)加熱并控制其固相率于70～90%范圍，得到涂覆單質(zhì)銅的多壁碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明具有簡單、安全、低成本易于操作和可控等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料制備成形技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋁合金是工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一類金屬結(jié)構(gòu)材料，具有質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、塑性好等特點(diǎn)可加工成各種型材。其應(yīng)用廣泛，在航空、航天、汽車、船舶等行業(yè)中大量使用。工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展的今天，對鋁合金件的需求日益增多，人們對鋁合金的性能要求也隨之增加。

近年來，利用纖維或顆粒對鎂合金進(jìn)行復(fù)合增強(qiáng)，制備的鋁基復(fù)合材料由于其高的比強(qiáng)度，良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和低熱膨脹系數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，吸引了極大關(guān)注并廣泛應(yīng)用于航天航空，汽車制造，電子儀器等領(lǐng)域。

碳納米管是由石墨六邊形網(wǎng)絡(luò)卷曲而成的管狀物，具有獨(dú)特的納米中空結(jié)構(gòu)、封閉的拓?fù)錁?gòu)型及螺旋結(jié)構(gòu)，從而具有大量特殊的優(yōu)異性能，如高強(qiáng)度、高彈性、高比表面積、耐熱、耐腐蝕、導(dǎo)熱和導(dǎo)電性等，暗示著碳納米管在材料應(yīng)用研究上有巨大的應(yīng)用空間。碳納米管的模量與金剛石相同，理論強(qiáng)度達(dá)到了106兆帕，是鋼鐵的100倍，而密度僅為鋼鐵的1/6，同時(shí)它又兼?zhèn)錁O優(yōu)的韌性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，是作為復(fù)合材料增強(qiáng)相的理想選擇。然CNT的缺陷也是顯而易見。碳管由于其穩(wěn)定SP2結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出極差的潤濕性同時(shí)，碳納米管在熔鑄過程中極易團(tuán)聚和纏繞現(xiàn)象造成與金屬基體界面結(jié)合性不強(qiáng)，不利于復(fù)合材料性能的增強(qiáng)。因此，如何減少碳納米管在金屬成型過程中的團(tuán)聚性，以及改善其與基體的潤濕性成為制備性能優(yōu)異的碳納米管增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的關(guān)鍵。

晶須狀碳納米管作為一種新型結(jié)構(gòu)碳納米管，相比較于原始碳納米管具有表面更加光滑，光潔度高，直徑變化不大且曲率低等特點(diǎn)，外徑尺寸分布在50～200nm 之間，長度分布在2～20μm 之 間。雜亂團(tuán)聚度低， 可在一定程度上促進(jìn)碳納米管的分散工藝，為碳納米管的工業(yè)化運(yùn)用提供了極大地可能性。

目前碳納米管改善潤濕性方法有表面鍍層等，如化學(xué)鍍鎳，該方法主要是將竣基化的碳納米管經(jīng)過敏化，活化后，放入化學(xué)鍍液中施鍍，隨著反應(yīng)的進(jìn)行可在碳納米管表面得到連續(xù)、均勻的鍍層，但價(jià)格昂貴，并常用到有毒試劑，不環(huán)保且生產(chǎn)成本高，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。溶膠法也是熱門研究涂覆方向，在溶液中加入有機(jī)化合物并攪拌，反應(yīng)一段時(shí)間，然后加入碳納米管，加入酸根金屬化合物保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)直至生成溶膠，將此膠體暴露在空氣中老化，幾天后將產(chǎn)物研磨成粉末干燥，最后一定溫度惰性氣體流中熱處理一段時(shí)間得到納米復(fù)合粒子。但量的配比難度大，反應(yīng)時(shí)間過長。

在公開專利號(hào)CN 101966449 A，名稱為：“為一種多壁碳納米管負(fù)載二氧化鈦催化劑的制備方法”中。將溶劑熱及水熱法結(jié)合起來，在溶劑中吸附膠體，干燥于CNT表面，水熱分解其膠體，得到氧化涂覆物。然該方法步驟復(fù)雜，時(shí)間長，并且不能涂覆單質(zhì)于CNT表面，具有一定局限性。

另一方面，對碳納米管分散性的控制通常體現(xiàn)在金屬制備過程中。目前，通過攪拌鑄造法、原位合成法和粉末冶金法制備碳納米管強(qiáng)鋁基復(fù)合材料較為常見。然而這幾種方法的缺陷也是顯而易見，鑄造條件下CNT隨著熔體的流動(dòng)團(tuán)聚嚴(yán)重，增強(qiáng)相分布不均勻，粉末冶金為熱門研究方向，但界面結(jié)合以及致密性問題未能得到有效解決。原位合成法存在工藝過于復(fù)雜及過程難于控制等短板。

在公開號(hào)CN103614672A，名稱為“碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法”中，采用了混料、烘干、球磨、冷壓、燒結(jié)以及擠壓等常規(guī)粉末冶金法制備了碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，然界面結(jié)合性差，材料本身的致密性等問題較為突出。