[發明專利]一種碳納米管增強鋁基復合材料的界面優化方法

有效

• 申請號: 201811494851.0
• 申請日: 2018-12-07
• 公開（公告）號: CN109554565B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 李才巨;劉孝青;徐尊嚴;易健宏;鮑瑞
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C21/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種碳納米管增強鋁基復合材料的界面優化方法，屬于金屬基復合材料制備技術領域。本發明以碳納米管（CNTs）、高純鈦粉和純鋁粉為原料，采用高能球磨法將碳納米管和高純鈦粉均勻混合得到CNTs/Ti的復合粉體；采用高能球磨將CNTs/Ti的復合粉體與片狀鋁粉均勻混合，得到(CNTs?Ti)/Al的復合前驅體粉體；將(CNTs?Ti)/Al前驅復合粉體壓制成坯料，然后進行燒結，熱擠壓得到(CNTs?Ti)/Al復合棒材。本發明所述方法解決了CNT與Al界面結合弱的缺點；同時這種小尺寸的復合結構也作為一種第二相提高了復合材料的力學性能，后續的熱擠壓也有利于材料的致密化和強度的提高。

技術領域

本發明涉及一種碳納米管增強鋁基復合材料的界面優化方法，屬于金屬基復合材料制備技術領域。

背景技術

因具有比強度和比剛度高、高溫性能好、耐疲勞、耐磨、阻尼性能好、熱膨脹系數低等優異的理化性能，鋁基復合材料（AMCs）已成為最常用、最重要的金屬基復合材料之一，在交通運輸、航空航天、武器裝備、電子封裝與器件等領域應用廣泛。例如日本Mazda公司制造的Al₂O₃/鋁合金復合材料連桿，比鋼質連桿輕35%，抗拉強度和疲勞強度分別達到560MPa和392MPa，且線性膨脹系數小。隨著科學技術和現代工業的快速發展，上述領域對鋁基復合材料的比強度、比剛度、耐疲勞性、導電導熱性等綜合性能提出了越來越高的要求。

碳納米管（Carbon Nanotubes, CNTs）具有獨特的結構和優異的力學與理化性能。CNTs的抗拉強度達到50～200GPa，約為鋼的100倍；密度為1.2～2.1g/cm³，僅約為鋼的1/6～1/7；CNTs具有優良的導電和導熱性能，熱膨脹系數低，具有非常廣泛的應用前景，也被公認為最理想的復合材料增強體。CNTs增強鋁基復合材料具有獲得高強、高導、耐蝕、耐疲勞、低膨脹等優異性能的巨大潛力，在航空航天、交通運輸、電力輸送、機械制造等領域具有廣泛的應用前景，成為近年的研究熱點。為了獲得高性能的CNTs增強鋁基復合材料，近年來科研工作者嘗試了很多的制備方法，主要包括片狀粉末冶金法（Flake powder metallurgyroute）、friction stirring（攪拌摩擦法）、熔鑄法（melt and cast processing）、熱噴涂法（thermal spraying）和其它的創新方法(novel technique)。

現有技術通過片狀粉末冶金的方法成功地均勻分散了10vol%CNTs到鋁粉中，為制備高強高導的CNT/Al復合材料探索出新的思路。Liu等通過摩擦攪拌加工的方法制備了6.0wt.%CNTs/Al復合材料，其拉強度達到了190.2 MPa。He等人通過原位合成CNTs獲得了均勻5wt.%CNTs分散的CNTs/Al復合材料，其拉伸強度達到了398MPa。上述研究為制備高性能CNTs增強鋁基復合材料做出了積極貢獻，使復合材料的力學性能較于基體材料提高了很多。但是，上述方法都是盡量將CNTs分散到Al基體中，從而制備CNTs/Al復合材料，其中充滿了大量的CNT/Al界面。完整CNTs與Al等金屬基體之間的浸潤性很差，受破壞的CNTs與Al之間易于生成Al₄C₃化合物，不浸潤或過量化合物界面均嚴重影響復合材料的導電和導熱性，導致其物理性能不理想。為了控制CNT和Al之間化合物的形貌和數量，Zhou等人分別嘗試通過調控燒結溫度和擠壓后的熱處理溫度來得到合適的界面產物Al₄C₃，然而其效果一般。為了改善CNT與Al之間的不潤濕性，大量研究者采用了電鍍和化學鍍的方法在CNTs表面包覆一層Cu、Ni、Ag等與基體材料潤濕的金屬來改善CNT與Al在界面之間的結合，但期望得到一層完整包覆的鍍膜極其困難，其工藝參數也要不斷優化，因此時間和工藝成本也相應提高。為克服上述方法制備CNTs/Al復合材料存在的不足，本發明提供一種高強碳納米管增強鋁基復合材料的界面優化的方法。

發明內容