[發(fā)明專利]一種碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810342859.9
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108504908A
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳俊鋒;梁思琰;姜嚴(yán)婕;任魏巍
• 申請（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C26/00;C22C1/05;C25D15/00
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

本發(fā)明提供了一種簡易的碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其先將碳納米管進(jìn)行酸化預(yù)處理2~4h；隨后將碳納米管分散于乙醇和丙酮組成的混合有機(jī)溶液中，并加入硝酸鋁進(jìn)行超聲處理，得到均勻分散的CNTs電鍍液；之后以鋁箔為電鍍陰極，不銹鋼片為電鍍陽極，進(jìn)行電泳沉積，再將電泳沉積得到的鋁箔疊層，經(jīng)SPS燒結(jié)后進(jìn)行室溫軋制，得到所述碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。本發(fā)明工藝制備的碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料不僅有高的拉伸強(qiáng)度，還在保持較好延伸率的同時(shí)提升了加工硬化率和均勻變形能力，且其操作簡單，成本低，具有良好的可推廣性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展迅速，對結(jié)構(gòu)材料的性能要求也越來越高。純鋁的密度小（ρ=2.7g/cm³），熔點(diǎn)低（660℃），為面心立方結(jié)構(gòu)，故具有很高的塑性，易于加工。純鋁的抗腐蝕性能好，但強(qiáng)度低，退火狀態(tài)σ_b值約為8kgf/mm²，故不宜作結(jié)構(gòu)材料。鋁基復(fù)合材料具有比強(qiáng)度、比模量高，抗疲勞強(qiáng)度高，耐磨性能好和密度低的特點(diǎn)。同時(shí)，鋁基復(fù)合材料具有合金選擇范圍廣、可熱處理、制備工藝靈活多樣等許多優(yōu)點(diǎn)，能代替鋁合金、鈦合金、鋼等材料制造高性能輕型構(gòu)件，并可提高材料的性能、使用壽命和儀器精度，在航空航天、汽車制造、電子電氣等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，也是近年來國內(nèi)外新材料研究的熱點(diǎn)之一。然而，鋁基復(fù)合材料的塑性低、加工成型性差，難以單獨(dú)使用。

自1991年日本科學(xué)家Iijima發(fā)現(xiàn)碳納米管（CNTs）以來，其就因獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和性能引起了廣泛的關(guān)注。碳納米管具有獨(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、極好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性等，在很多領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用前景。碳納米管的密度僅為鋼鐵的1/6，同時(shí)它具有良好的耐蝕性和高溫抗氧化能力，又有良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和韌性，因此，碳納米管被認(rèn)為是一種良好的增強(qiáng)相，被大量應(yīng)用在復(fù)合材料的研究設(shè)計(jì)之中。但是，作為一種納米物質(zhì)，碳納米管極易團(tuán)聚，這大大削弱其增強(qiáng)效果；同時(shí)，碳納米管在復(fù)合材料中又是一種陶瓷相，和鋁基體的界面結(jié)合也存在一些困難。

外加法是通過有機(jī)溶劑超聲分散或者機(jī)械球磨來改善碳納米管在基體中分散性。但這種工藝會(huì)對碳納米管的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，使碳納米管很難保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，使得碳納米管大多以破碎的形式分散在基體中，削弱了其增強(qiáng)效果，也使復(fù)合材料的力學(xué)性能受到較大的影響。原位生長法是先進(jìn)行催化劑負(fù)載，再通過氣態(tài)或固態(tài)碳源進(jìn)行碳沉積獲得碳納米管的方法。該工藝的不足之處在于浸漬過程要求基體比表面積較大，且催化劑容易團(tuán)聚失活。此外，由于鋁顆粒表面較為光滑，采用空氣熱壓法對鋁粉進(jìn)行預(yù)處理，如果不經(jīng)塑性變形，則碳納米管不易嵌入其中。與此同時(shí)，這種方法未能在碳納米管嵌入鋁顆粒表面時(shí)就將液體烘干，很容易導(dǎo)致碳納米管重新團(tuán)聚，削弱復(fù)合材料的力學(xué)性能。

因此，如何在保持碳納米管結(jié)構(gòu)完整的前提下，減少或避免碳納米管的團(tuán)聚，并提高碳納米管與鋁基體之間的界面結(jié)合程度，是目前制備高性能的碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料需要解決的問題。

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)合材料的制備方法，該方法使用電泳沉積的工藝，以明顯改善碳納米管在基體上的分散程度，再通過SPS燒結(jié)與軋制，提高了碳納米管與基體之間的界面結(jié)合程度，從而制備出強(qiáng)度高、韌性（塑性）高的碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，并且該方法簡單，操作容易。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備方法，其包括以下步驟：

1）碳納米管的預(yù)處理：將0.3g~0.5g碳納米管于濃硝酸與濃硫酸按體積比1:2~3組成的混合酸液中酸化處理2~4h，以除去不定型碳，然后抽濾，烘干，除去可溶性雜質(zhì)；