[发明专利]一种BN纳米片/1060Al复合材料的制备方法

说明书

一种BN纳米片/1060Al复合材料的制备方法，涉及一种复合材料的制备方法。本发明的目的是解决现有制备的氮化硼纳米片增强铝基复合材料的力学性能不好的问题，BN纳米片/Al复合材料按照质量分数为0.1％‑10％BN纳米片和90％‑99.9％含铝材料制成。方法：一、称取BN纳米片粉末和含铝材料；二、采用分步球磨法，球磨混粉；三、将混好的粉末取出放入托盘中，置于干燥箱中进行充分干燥；四、将干燥好的混合粉末从干燥箱中取出，放入石墨模具中，随后进行烧结，随炉冷却，即得到BN纳米片/Al复合材料。本发明方法操作简单、工艺流程易控制、致密度高、BN纳米片分散均匀同时力学性能良好。本发明用于铝基复合材料领域。

技术领域

本发明涉及一种BN纳米片/铝基复合材料的制备方法。

背景技术

随着纳米技术的发展，以CNTs、石墨烯(graphite)和氮化硼纳米管(BNNTs)为主的纳米增强体具有十分优异的刚度、强度和功能特性的纳米材料，将他们与铝基体复合，有望在宏观上发挥这些优异性能，获得很高的增强效率和增强效果。另一方面，纳米尺寸的增强体和基体结构能够在铝基中发挥尺寸效应，通过发挥材料中的位错、晶界等微观缺陷、应力－应变分配行为等方面的作用来调控材料性能。纳米增强金属基复合材料具有诱人的潜力但是其目前仍存在主要问题。一是纳米增强体表面能大，导致在复合材料中容易团聚，难于制备均匀的复合材料；二是纳米级增强体一般与基体的润湿性较差，难于形成较强的界面结合，导致制备的复合材料不能有很好力学性能。

目前金属基复合材料的制备方法主要有固相法和液相法。固相法主要包括各种粉末冶金法以及放电等离子烧结法(SPS)，液相法主要包括搅拌铸造、挤压铸造、无压浸渗等。与其他制备方法比较SPS制备方法具有它具有升温速度快、烧结时间短、组织结构可控等特点，可以制备致密的复合材料。

纳米级别的氮化硼主要分为氮化硼纳米管和氮化硼纳米片两种。BN纳米片是有几层单层氮化硼纳米片片构成的，类似于石墨烯，相当于C原子依次被B和N原子取代。氮化硼纳米片与石墨烯相比，氮化硼纳米片之间的B原子和N原子之间的键合较石墨烯中的C原子和C原子之间的键合更强，因此氮化硼纳米片一般层数很多，因此氮化硼纳米片的分散相对更难。BN纳米片具有高的力学性能，高达1TPa的弹性模量和33GPa抗拉强度，因此可以作为理想的增强体。目前国内外关于BN金属基复合材料的研究较少。主要原因是BN与Al之间的润湿性不好，界面结合较差，现有采用半固态烧结条件制备的氮化硼纳米片增强铝基复合材料，由于前期球磨过程氮化硼纳米片没有很好的分散，导致复合材料中的氮化硼纳米片易团聚，使得复合材料的性能下降。

发明内容

本发明的目的是解决现有制备的氮化硼纳米片增强铝基复合材料的力学性能不好的问题，而提供一种BN纳米片/铝基复合材料的制备方法。

本发明一种BN纳米片/铝基复合材料的制备方法，按以下步骤进行：

一、称料：按质量分数称取0.1％-10％的BN纳米片和90％-99.9％的含铝材料；

二、混料：将含铝材料放入球磨罐中，加入过程控制剂，利用行星球磨机进行初步球磨，其中球磨的球料比为10:1，球磨机的转速为150-200r/min，球磨时间为1-5小时；然后加入BN纳米片，利用行星球磨机进行高能球磨，得到混合粉末；其中高能球磨的球料比为10:1，球磨机的转速为350-450r/min，球磨时间为1-5小时；

三、干燥：将混合粉末取出放入托盘中，置于干燥箱中进行充分干燥，取出得到干燥好的混合粉末；

四、制备：将干燥好的混合粉末放入石墨模具中，随后将模具放入放电等离子烧结炉内进行烧结，然后随炉冷却，即得到BN纳米片/Al复合材料。

本发明选用SPS方法制备BN纳米片/Al复合材料，为制备BN纳米片/Al复合材料找到了新的制备方法，能制备组织均匀的BN纳米片/Al复合材料，所制备的复合材料具有较高的弯曲强度。