[发明专利]一种涂覆氧化铝晶须碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法

说明书

一种涂覆氧化铝的晶须碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，先制备涂覆氧化铝的晶须碳纳米管，然后将铝合金粉导入涂覆氧化铝的晶须碳纳米管悬浊液中得到混料，50～100℃真空烘干，再导入球磨坩埚，氩气保护下球磨；60～150MPa冷压压制成预制块；放入模具中，以5～10℃/min加热速率加热该模具至固相线以下10～20℃，然后再以1～5℃/min继续加热并控制其固相率于70～90%范围，得到涂覆单质铜的多壁碳纳米管增强铝基复合材料。本发明具有简单、安全、低成本易于操作和可控等优点。

技术领域

本发明属于材料制备成形技术领域。

背景技术

铝合金是工业中应用最广泛的一类金属结构材料，具有质轻、比强度高、塑性好等特点可加工成各种型材。其应用广泛，在航空、航天、汽车、船舶等行业中大量使用。工业经济的飞速发展的今天，对铝合金件的需求日益增多，人们对铝合金的性能要求也随之增加。

近年来，利用纤维或颗粒对镁合金进行复合增强，制备的铝基复合材料由于其高的比强度，良好的导电导热性能和低热膨胀系数等优点，吸引了极大关注并广泛应用于航天航空，汽车制造，电子仪器等领域。

碳纳米管是由石墨六边形网络卷曲而成的管状物，具有独特的纳米中空结构、封闭的拓扑构型及螺旋结构，从而具有大量特殊的优异性能，如高强度、高弹性、高比表面积、耐热、耐腐蚀、导热和导电性等，暗示着碳纳米管在材料应用研究上有巨大的应用空间。碳纳米管的模量与金刚石相同，理论强度达到了106兆帕，是钢铁的100倍，而密度仅为钢铁的1/6，同时它又兼备极优的韧性和结构稳定性，是作为复合材料增强相的理想选择。然CNT的缺陷也是显而易见。碳管由于其稳定SP2结构，表现出极差的润湿性同时，碳纳米管在熔铸过程中极易团聚和缠绕现象造成与金属基体界面结合性不强，不利于复合材料性能的增强。因此，如何减少碳纳米管在金属成型过程中的团聚性，以及改善其与基体的润湿性成为制备性能优异的碳纳米管增强金属基复合材料的关键。

晶须状碳纳米管作为一种新型结构碳纳米管，相比较于原始碳纳米管具有表面更加光滑，光洁度高，直径变化不大且曲率低等特点，外径尺寸分布在50～200nm 之间，长度分布在2～20μm 之 间。杂乱团聚度低， 可在一定程度上促进碳纳米管的分散工艺，为碳纳米管的工业化运用提供了极大地可能性。

目前碳纳米管改善润湿性方法有表面镀层等，如化学镀镍，该方法主要是将竣基化的碳纳米管经过敏化，活化后，放入化学镀液中施镀，随着反应的进行可在碳纳米管表面得到连续、均匀的镀层，但价格昂贵，并常用到有毒试剂，不环保且生产成本高，不适合大规模生产。溶胶法也是热门研究涂覆方向，在溶液中加入有机化合物并搅拌，反应一段时间，然后加入碳纳米管，加入酸根金属化合物保持搅拌状态直至生成溶胶，将此胶体暴露在空气中老化，几天后将产物研磨成粉末干燥，最后一定温度惰性气体流中热处理一段时间得到纳米复合粒子。但量的配比难度大，反应时间过长。

在公开专利号CN 101966449 A，名称为：“为一种多壁碳纳米管负载二氧化钛催化剂的制备方法”中。将溶剂热及水热法结合起来，在溶剂中吸附胶体，干燥于CNT表面，水热分解其胶体，得到氧化涂覆物。然该方法步骤复杂，时间长，并且不能涂覆单质于CNT表面，具有一定局限性。

另一方面，对碳纳米管分散性的控制通常体现在金属制备过程中。目前，通过搅拌铸造法、原位合成法和粉末冶金法制备碳纳米管强铝基复合材料较为常见。然而这几种方法的缺陷也是显而易见，铸造条件下CNT随着熔体的流动团聚严重，增强相分布不均匀，粉末冶金为热门研究方向，但界面结合以及致密性问题未能得到有效解决。原位合成法存在工艺过于复杂及过程难于控制等短板。

在公开号CN103614672A，名称为“碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法”中，采用了混料、烘干、球磨、冷压、烧结以及挤压等常规粉末冶金法制备了碳纳米管增强铝基复合材料，然界面结合性差，材料本身的致密性等问题较为突出。