[发明专利]用于减振吸能的碳纳米管增强泡沫铝复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及有开或闭孔隙的合金的制造，具体地说是用于减振吸能的碳纳米管增强泡沫铝复合材料的制备方法。

背景技术

为了保证航空、航天飞行器的安全、高效飞行以及提高坠撞安全性，需要使用大量轻质泡沫材料，其中，作为飞机失事碰撞和航天回收系统返回舱着陆过程的减振吸能材料，受到广大研究者的关注。目前，在航空航天中使用的吸能材料有：蜂窝材料、泡沫金属类材料、高分子聚合物材料和复合材料等。这些材料由于具有良好的吸收机械振动或冲击及高频减振的物理特性，可用作航天器承力筒、防振座椅、机舱地板材料和抗冲击舱底。但是，其中高分子聚合物材料和复合材料存在多种缺点，如易燃、强度低、疲劳寿命短及吸能率低；蜂窝材料存在的缺点在于，其径向与切向性能相差甚远，且基本无法进行机加工。相比之下，用作吸能材料的泡沫金属是一种集多种优良性能于一身的新型结构功能材料，其具有比表面积大、比刚度高、冲击能量吸收率高、孔隙率高、防火防爆性能好、阻尼减振性能好、隔声、吸声、电磁屏蔽和散热性良好的优点。然而，目前现有技术制备孔隙率可控和孔结构均匀的高质量泡沫金属还具有一定难度，且制备工艺过程复杂，成本较高，难以实现用作吸能材料的泡沫金属功能结构的一体化。因此，用作吸能材料的综合性能优异的泡沫金属的制备仍是当前科研领域的热点和难点。

在众多泡沫金属材料中，由于铝具有重量轻和良好的延展性、可成形性、导电性、导热性和耐热性的优点，因而泡沫铝成为泡沫金属中的研究重点。在航天工程中，同时具有多项优良性能的泡沫铝是航空航天领域一直追寻的理想结构材料，尤其是泡沫铝的吸能特性使其能够在冲击作用下消耗大量的能量，提高安全性能。在使用泡沫铝进行吸能的过程中，主要是利用泡沫铝塑性屈服平台阶段相邻变形层孔壁弯曲或屈服，以及变形层的连续坍塌而应力基本不变的原理来进行能量吸收。为了在满足吸能要求的同时，提高泡沫铝的强度，从而进一步提高它的吸能效率，各种增强泡沫铝的复合材料不断被研发出来。例如，CN101876009A报道了一种陶瓷颗粒增强泡沫铝基复合材料的制备方法，其所使用的陶瓷颗粒为SiC，采用固态热压烧结和热挤压变形工艺制备出孔径分布均一，屈服强度提高的泡沫铝复合材料，其压缩屈服强度达到36～70MPa。CN101798665A报道了一种铝基泡沫材料的制备方法，将碳纤维加入到泡沫铝中，使复合材料的压缩强度高于6MPa，冲击韧性提高约30％，能量吸收能力提高50％以上。CN103540785A报道了一种镁铝金属间化合物增强泡沫铝的方法，增加了泡沫铝的抗压强度，在压缩率为10％～60％时，压缩强度提高了3.2倍，并保持了泡沫铝良好的吸能特性。上述现有技术中，在泡沫铝制备中使用了各种增强相，虽然在一定程度上改善了泡沫铝的结构和性能，但其普遍存在的缺点是：所制备的泡沫铝材料存在结构缺陷、力学性能和缓冲吸能性能低、密度大和不具备轻质特性。与所有的泡沫金属制备一样，目前现有技术制备孔隙率可控和孔结构均匀的高质量泡沫铝还具有一定难度，且制备工艺过程复杂，成本较高，难以实现用作吸能材料的泡沫铝功能结构的一体化。

在各种增强泡沫铝的复合材料中，碳纳米管增强泡沫铝的研究成为近期研究的热点。自发现以来，碳纳米管凭借独特的结构、优异的力学、电学和热学等特性和巨大潜力的应用前景，受到科学界的广泛关注。碳纳米管具有良好的力学性能，其抗拉强度达到50～200GPa，是钢的100倍，而密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1TPa。使用碳纳米管作为复合材料的增强相,可使复合材料表现出轻质、良好的强度、硬度和抗疲劳性等的综合性能。而且，在泡沫铝屈服平台吸能过程中，碳纳米管在铝基体中可起第二相增强的作用，通过实现载荷的迁移和加工硬化，能承受更大的应力，延长平台区，提高能量吸收率。因此，将碳纳米管来增强泡沫铝可以在泡沫铝吸收能量的过程中起性能大幅度提升的关键作用，研发碳纳米管增强泡沫铝复合材料来用于减振吸能具有重要的理论和实践价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供用于减振吸能的碳纳米管增强泡沫铝复合材料的制备方法，是一种通过尿素作为造孔剂和通过镍作为碳纳米管合成的催化剂，原位合成用于减振吸能的碳纳米管增强泡沫铝复合材料的制备方法，克服了现有技术中所制备的泡沫铝材料存在结构缺陷，力学性能和缓冲吸能性能低，密度大，不具备轻质特性，且制备工艺过程复杂，成本较高，难以实现用作吸能材料的泡沫铝功能结构的一体化的缺陷。