CN101956149B - 一种制备纳米碳管增强铝基复合材料的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备纳米碳管增强铝基复合材料的工艺，该复合材料由质量分数0.1％～10％的纳米碳管和89％～98.9％的铝粉以及1～5％的助剂作为原料，按球磨粉末→压制成形→真空烧结→得到纳米碳管增强铝基复合材料的工艺流程，制备出了具有高强度、高密度等性能的铝基复合材料。采用转速为200～1000转/分的卧式高能研磨机研磨，干法一步合成，省去了对粉体进行超声和干燥的工序，制备时间短，并解决了纳米碳管在铝基复合材料中均匀分散的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备纳米碳管增强铝基复合材料的工艺，属于冶金材料制备的技术领域。
背景技术
纳米碳管是由单层或多层碳六边形平面卷曲而成的无缝纳米管装材料，它不仅具有密度小和稳定性好的特点，而且具有优异的力学性能(高弹性模量、抗拉强度)、耐磨性和自润滑性能，是一种理想的增强体，并且由于纳米碳管的体积远小于常规碳纤维，所以在作为金属基的增强体时，不会破坏基体的连续性，这些都为制备高性能复合材料奠定了良好的基础。在金属基复合材料领域中，铝基复合材料以其密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温和加工性能好等优点广泛应用于航空航天、汽车制造等领域，具有广阔的发展前景。
目前公知的制备纳米碳管增强铝基复合材料的方法一般采用先对纳米碳管进行混合酸或加入表面活性剂处理以提高其分散性，然后在酒精或其它溶剂中进行湿磨，湿磨后进行真空干燥，最后烧结或使用热压工艺在高温下进行挤压制得所需材料。制备工艺流程长，制备时间一般超过20h，生产效率不高。
在公开号为CN1827827A名称为“一种碳纳米管增强铝基复合材料及其空气热压制备方法”中，采用湿磨的同时使用超声波，然后进行干燥最后进行热压的方法，工艺流程较复杂，制备时间长；在公开号为CN1834280A名称为“碳纳米管增强铝基复合材料及其真空热压制备方法”中，采用高能球磨10～15h，低能球磨20～25h的两步球磨法，制备时间较长，整个流程较为复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备纳米碳管增强铝基复合材料的工艺，该复合材料由质量分数0.1％～10％的纳米碳管和89％～98.9％的铝粉以及1～5％的助剂作为原料，按球磨粉末→压制成形→真空烧结→得到纳米碳管增强铝基复合材料的工艺流程，制备出了具有高强度、高密度等性能的铝基复合材料。采用转速为200～1000转/分的卧式高能研磨机研磨，干法一步合成，省去了对粉体进行超声和干燥的工序，制备时间短，并解决了纳米碳管在铝基复合材料中均匀分散的问题。
本发明按照如下步骤完成
(1)以质量分数0.1％～10％的纳米碳管、89％～98.9％的铝粉以及1～5％的助剂作为原料，其中所述纳米碳管平均直径为10～50nm，平均长度为1～15μm，所述铝粉为铝重量百分含量≥99.9％的铝粉，平均粒度为5μm～50μm，所述助剂为无水乙醇、硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸锌、Al2O3、聚乙烯醇中的一种或几种的混合物；
(2)将上述配好的原料放入研磨机中进行研磨，选择氩气球磨气氛以防止球磨过程中粉体发生氧化，研磨所使用的介质为不锈钢球，球料比为5-40∶1，研磨机转速为200～1000转/分，研磨时间为20～120分钟；
(3)研磨后的粉料在压力为100～1000MPa的压力下，保压3～10分钟使其达到密实状态；
(4)压坯在真空度为10-2～6×10-2Pa的环境中，控制在400～700℃的温度下进行真空烧结，烧结时间为0.5～3小时，烧结后随炉冷却至室温。
与公知技术相比的优点：在较短时间内可以使得纳米碳管在铝基中均匀分散并与铝基紧密结合，整个流程制备时间短，资源利用率高，可以广泛应用于工业化。
具体实施方式
实施例1
秤取1.0g纳米碳管、97.0g平均直径为30μm的铝粉及2.0g无水乙醇，配好的原料混合后放入高能搅拌研磨机中，其中球料比为15∶1，转速为800转/分，球磨时间为40min，然后在模具中以500MPa的压力压制成形为30×10×6mm的压坯，保压4min，压制后的压坯放于真空烧结炉中，在真空度为10-2～6×10-2Pa的环境中在520±5℃的温度下烧结120min，得到纳米碳管增强铝基复合材料。材料的布氏硬度为63.7HBs，致密度为99.83％。
实施例2
秤取7.0g纳米碳管、90.0g平均直径为10μm的铝粉及3.0g硬脂酸和聚乙烯醇按1∶1的比例混合，配好的原料放入高能搅拌研磨机中，其中球料比为30∶1，转速为400转/分，球磨时间为70min，然后在模具中以800MPa的压力压制成形为30×10×6mm的压坯，保压8min，压制后的压坯放于真空烧结炉中，在真空度为10-2～6×10-2Pa的环境中，于650±5℃的温度下烧结90min，得到纳米碳管增强铝基复合材料。材料的布氏硬度为70.4HBs，致密度为99.65％。
Claims (1)
1.一种制备纳米碳管增强铝基复合材料的工艺，其特征在于：其按如下步骤完成，
(1)以质量分数1％～7％的纳米碳管、89％～98.9％的铝粉以及1～5％的助剂作为原料，其中所述纳米碳管平均直径为10～50nm，平均长度为1～15μm，所述铝粉为铝重量百分含量≥99.9％的铝粉，平均粒度为5μm～50μm，所述助剂为无水乙醇、硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸锌、Al2O3、聚乙烯醇中的一种或几种的混合物；
(2)将上述配好的原料放入研磨机中进行研磨，选择氩气球磨气氛以防止球磨过程中粉体发生氧化，研磨所使用的介质为不锈钢球，球料比为5-40∶1，研磨机转速为200～1000转/分，研磨时间为20～120分钟；
(3)研磨后的粉料在压力为100～1000MPa的压力下压制成形，保压3～10分钟；
(4)压坯在真空度为10-2～6×10-2Pa的环境中，控制在400～700℃的温度下进行真空烧结，烧结时间为0.5～3小时，烧结后随炉冷却至室温。
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