[發明專利]一種碳納米管增強鋅基復合材料的制備方法

在審

• 申請號: 201710425381.1
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107245596A
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 劉洋;耿聰;劉越;尹忠義
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及金屬基復合材料的制備技術領域，特指一種碳納米管增強鋅基復合材料的制備方法。

背景技術

鋅合金具有熔點低、熔煉耗能少、常溫強度優良以及耐磨性好等特點，日益受到人們的重視，目前在美、德、日等工業發達國家得到廣泛應用，應用最多的是代替青銅合金作為耐磨材料。然而目前開發的鋅合金普遍存在塑韌性較差、性能穩定性差等缺點，一定程度上制約了鋅合金的廣泛應用和發展。為了克服傳統鋅合金的性能缺陷，將性能優異的增強體和鋅基體進行復合，開發出具有良好力學性能匹配的鋅基復合材料，已成為材料工作者共同追求的目標。

碳納米管是一種具有與富勒烯相似結構的新型一維納米材料，具有超高的彈性模量及抗拉強度，被認為是理想的復合材料增強體。碳納米管發現至今，已被廣泛用于制備鋁基、鎳基、鎂基以及銅基等各種傳統的金屬基復合材料，然而目前關于碳納米管增強鋅基復合材料的研究較少，吳惠箐等人(見鋅基碳納米管復合材料的界面特性及增強機理.復合材料學報,2007,24(4):88-94.)提出采用復合電沉積技術制備碳納米管增強鋅基復合涂層材料，實驗結果發現碳納米管被拔出基體后橋聯在裂紋中，可以有效地傳遞應力，有效提高了鋅基復合涂層的強韌性，但是采用該方法只適于制備復合涂層材料，不適合制備塊體結構材料。

目前制備碳納米管增強金屬基復合材料的方法有很多，但碳納米管分散以及界面結合的問題仍未能得到有效的解決。碳納米管比表面積大、比表面能高，因而具有很強的團聚傾向，導致金屬基材料形成的晶粒大小不均，使材料的力學性能降低。本發明通過在鋅基材料中碳納米管/鋁混合增強體，將碳納米管固定在鋁粉上，使碳納米管穩定的分布帶入鋅基，解決碳納米管在鋅基中的分散問題；而且碳納米管/鋁混合增強體可以大幅度提升增強體的比表面積，實現增強體與基體有效的機械互鎖，克服碳納米管界面薄弱的問題，從而有效改善材料的力學性能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種碳納米管增強鋅基復合材料的制備方法，該方法能夠有效克服碳納米管在鋅基體中分散不均以及與鋅基界面結合力差等問題，使材料的力學性能得到顯著提高。

為實現上述發明目的，本發明碳納米管增強鋅基復合材料，是通過下述方法制備得到：

1)制備(碳納米管+鋁)混合增強體

采用混粉處理將碳納米管、鋁粉和過程控制劑充分混合，使碳納米管均勻分布在鋁粉內部，然后通過球磨處理使碳納米管和鋁粉的充分嵌合，得到(碳納米管+鋁)混合增強體，按重量百分比計，所述(碳納米管+鋁)混合增強體中各組分的含量分別為：碳納米管0.01～10％、鋁粉0.1～5％，過程控制劑0.1～5％；

2)制備(碳納米管+鋁)/鋅基復合粉體

將(碳納米管+鋁)混合增強體與純鋅粉或鋅合金粉進行球磨處理，得到(碳納米管+鋁)/鋅基復合粉體；

3)制備碳納米管增強鋅基復合材料

將(碳納米管+鋁)/鋅基混合粉體依次經燒結成型和熱擠壓成型工序，得到碳納米管增強鋅基復合材料。

本發明專利步驟1)中，所述碳納米管為單壁碳納米管、多壁碳納米管和納米碳纖維中的任意一種以上，碳納米管可采用化學氣相沉積法、催化熱解、電弧放電、模板法和激光蒸發法等中任意一種方法制備而成，且所述碳納米管可未經化學處理或經化學工藝修飾，可以是羧基、氨基、羥基、氟或酰胺中任意一種，碳納米管管徑為10～100nm；所述鋁粉粒徑為1～100μm；所述過程控制劑為硬脂酸、液體石蠟、油酸、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮中的任意一種或其組合。

本發明專利步驟1)中，所述混粉處理的轉速均為100～500rpm，時間均為30～120min。

本發明專利步驟1)中，所述球磨處理的轉速為100～500rpm，球料比為(5～30)：1，球磨時間為30～300min。

本發明專利步驟2)中，所述純鋅粉或鋅合金粉粒徑為20～300μm，選自Zn-Al、Zn-Mg和Zn-Cu系中的任意一種。球磨處理的轉速為100～500rpm，球磨時間為30～300min。

本發明專利步驟3)中，所述燒結成型工序采用冷壓成型或真空熱壓燒結成型。