CN104073671B - 金属基纳米碳管复合材料的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种金属基纳米碳管复合材料的制造方法，首先提供一模具，该模具包括一模穴、一与该模穴连通的模孔及一与该模孔同轴设置的模头；接着，将一金属材料和多个纳米碳管置放于该模穴内；加热该金属材料，使该金属材料达到一不低于该金属材料的熔点的温度，供该金属材料与该纳米碳管混合为一待成型物；最后令该模头相对该模孔进行一往复运动，以反复挤压该待成型物，使该纳米碳管于该金属材料中均匀分散，而得到该金属基纳米碳管复合材料。据此，本发明借由该模头反复挤压该待成型物，令该金属基纳米碳管复合材料具有较好的结构强度以及电性质。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料的制造方法，尤指一种结合金属与纳米碳管的复合材料的制造方法。
背景技术
金属材料早已被广泛地应用于各式各样产业之中，随着需求的不同，业者也常将金属材料和其它材料相互结合，以提升金属材料不足的特性，也使得众多金属基复合材料因应而生。近来由于纳米碳管的发现以及其独特的性质，促使业者相继开发结合纳米碳管与金属所组成的复合材料，借以达到较佳的机械性质或电性。
现有的金属基纳米碳管复合材料制造方法，如中国台湾发明专利公开第201121879号，其揭示一种纳米碳管复合材料的制备方法，首先，提供一纳米碳管结构，该纳米碳管结构包括多个纳米碳管；然后，提供一反应溶液，该反应溶液溶解有至少一种金属化合物，并采用该反应溶液浸润所述纳米碳管结构；以及在一无氧气氛中，热处理经所述反应溶液浸润后的纳米碳管结构，使该反应溶液中的金属化合物发生分解反应。由上述方法制备的纳米碳管复合材料，具有良好的拉伸强度及杨氏模量。
另在中国台湾发明专利公告第I346711号中，其揭示一种镁-纳米碳管复合材料的制造方法，其包括以下步骤：提供一镁熔体和大量的纳米碳管，将该镁熔体和该纳米碳管混合得到一混合浆料；将上述混合浆料注入一模具中，得到一预制体；以及，将上述预制体进行挤压成型处理，制得该镁合金-纳米碳管复合材料。据此，使得该镁合金-纳米碳管复合材料具有强度高和韧性好的优点，可广泛应用于信息产品、汽车零部件、航天航空零部件等方面。
然而，上述以金属与纳米碳管所制成的复合材料，实际上，该纳米碳管于该复合材料之中分散性并不佳，对该金属于结构强度及材料电性质上的提升有限，故在应用上，尚难以符合市场需求。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种金属基纳米碳管复合材料的制造方法，解决现有的金属-纳米碳管复合材料，纳米碳管于复合材料之中的分散性不佳，对金属于特性上的提升有限的问题。
为达上述目的，本发明提供一种金属基纳米碳管复合材料的制造方法，包含以下步骤：
提供一模具，该模具包括一模穴、一与该模穴连通的模孔以及一与该模孔同轴设置的模头；
将一金属材料和多个纳米碳管置放于该模穴内；
加热该金属材料，使该金属材料达到一不低于该金属材料的熔点的温度，供该金属材料与该纳米碳管混合为一待成型物；以及
令该模头相对该模孔进行一往复运动，以反复挤压该待成型物，使该纳米碳管于该金属材料之中均匀分散，而得到该金属基纳米碳管复合材料。
其中，该金属材料为选自镁、铝、锌、铜、镍、铬及其组合所组成的群组。
其中，该金属材料于该待成型物中的重量百分比为90%至99.998%。
其中，该纳米碳管于该待成型物中的重量百分比为0.002%至10%。
其中，该纳米碳管为选自单壁纳米碳管、双壁纳米碳管、多壁纳米碳管及其组合所组成的群组。
其中，该纳米碳管的直径为介于10纳米至200纳米。
其中，该模具为一挤型机，于该往复运动之中，该挤型机对该待成型物施予一介于500吨数至3000吨数的推挤力。
其中，于该往复运动之中，该待成型物处于一保护气体下，该保护气体为氩气。
为达上述目的，本发明另提供一种金属基纳米碳管复合材料的制造方法，包含以下步骤：
提供一模具，该模具包括一模穴、两相对设置并与该模穴连通的模孔以及两分别与该模孔同轴设置的模头；
将一金属材料和多个纳米碳管置放于该模穴内；
加热该金属材料，使该金属材料达到一不低于该金属材料的熔点的温度，供该金属材料与该纳米碳管混合为一待成型物；以及
令该模头相对该模孔进行一往复运动，以反复挤压该待成型物，使该纳米碳管于该金属材料之中均匀分散，而得到该金属基纳米碳管复合材料。
其中，该金属材料为选自镁、铝、锌、铜、镍、铬及其组合所组成的群组。
其中，该金属材料于该待成型物中的重量百分比为90%至99.998%。
其中，该纳米碳管于该待成型物中的重量百分比为0.002%至10%。
其中，该纳米碳管为选自单壁纳米碳管、双壁纳米碳管、多壁纳米碳管及其组合所组成的群组。
其中，该纳米碳管的直径为介于10纳米至200纳米。
其中，该模具为一挤型机，于该往复运动之中，该挤型机对该待成型物施予一介于500吨数至3000吨数的推挤力。
其中，该往复运动之中，该待成型物处于一保护气体下，该保护气体为氩气。
如此一来，本发明借由该模头的该往复运动，反复挤压该待成型物，使该纳米碳管于该金属材料之中均匀分散，解决以往该纳米碳管于复合材料中分散性不佳的问题，有效提升该金属材料的结构强度以及电性质。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明第一实施例的步骤流程示意图。
图2A至图2D为本发明第一实施例的制造流程示意图。
图3为本发明第二实施例的步骤流程示意图。
图4A至图4D为本发明第二实施例的制造流程示意图。
其中，附图标记：
10a模具 11a、11b模穴
12a、12b模孔 121第一模孔
122第二模孔 13a、13b模头
131第一模头 132第二模头
20纳米碳管 30金属材料
40待成型物 50金属基纳米碳管复合材料
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，现就配合图式说明如下：
请搭配参阅图1及图2A至图2D所示，图1为本发明第一实施例的步骤流程示意图，图2A至图2D为本发明第一实施例的制造流程示意图，如图所示：本发明为一种金属基纳米碳管复合材料的制造方法，包含以下步骤：
步骤1：如图2A所示，提供一模具10a，该模具10a包括一模穴11a、一模孔12a以及一模头13a，该模孔12a与该模穴11a连通，该模头13a与该模孔12a同轴设置，而可经由该模孔12a并相对该模孔12a移动而出入该模穴11a，在此实施例中，该模具10a为由铸铁或高强度钢材所制成，但不以此为限制，；
步骤2：如图2B所示，将一金属材料30和多个纳米碳管20置放于该模穴11a内。本发明中，该金属材料30与该纳米碳管20的重量百分比分别约为90至99.998%以及0.002至10%，该金属材料30可使用镁、铝、锌、铜、镍或铬，可为粉末或块材；该纳米碳管20可为单壁纳米碳管、双壁纳米碳管、多壁纳米碳管，或是上述的组合，且该纳米碳管20的直径约介于10至200纳米。于本实施例中，该金属材料30为使用镁的块材，而该纳米碳管20为选用多壁纳米碳管，该金属材料30与该纳米碳管20的重量百分比分别为90%以及10%。
步骤3：如图2C所示，加热该金属材料30，使该金属材料30达到一不低于该金属材料30的熔点的温度，供该金属材料30达到熔融态，并与该纳米碳管20混合为一待成型物40。本领域技术人员可知，该温度为随着该金属材料30选用的种类而不同，于此实施例中，该金属材料30为使用镁，熔点约为650℃，因此加热该金属材料30至650℃以上，使该金属材料30与该纳米碳管20混合。加热该金属材料30的方式可用电阻式加热器加热。
步骤4：如图2D所示，令该模头13a相对该模孔12a进行一往复运动，以反复挤压该待成型物40，使该纳米碳管20于该金属材料30之中均匀分散，而得到该金属基纳米碳管复合材料50，在此实施例中，该模具10a可为一挤型机，于该往复运动的过程中，可于该模穴11a中通入一保护气体，该保护气体可为氩气，并且于该往复运动之中，该模具10a由该模头13a对该待成型物40施予一介于500至3000吨数的推挤力，令该待成型物40于该模穴11a内经过多次的挤压，进而使得该纳米碳管20均匀地分散于该金属材料30之中，而得到该金属基纳米碳管复合材料50。
另外，在此实施例中，还可进一步包含步骤5：对该金属基纳米碳管复合材料50进行一冷却作业，使该金属基纳米碳管复合材料50凝固形成一块材，以利之后该金属基纳米碳管20复合材料的取用，该冷凝作业例如可将该金属基纳米碳管复合材料50置放于该模穴11a内至室温，使该金属基纳米碳管复合材料50自然冷却，或者是使用油冷、气冷以及水冷亦可。
请搭配参阅图3及图4A至图4D所示，图3为本发明第二实施例的步骤流程示意图，图4A至图4D为本发明第二实施例的制造流程示意图，在此实施例中，与第一实施例相较之下，该模具10b的该模孔12b进一步包含相对设置并皆与该模穴11b连通的一第一模孔121以及一第二模孔122，而该模头13b则进一步包含一与该第一模孔121同轴设置的第一模头131以及一与该第二模孔122同轴设置的第二模头132，该第一模头131与该第二模头132分别经由该第一模孔121与该第二模孔122而出入该模穴11b，据此，同样得以于该模穴11b内反复挤压该待成型物40，使得该纳米碳管20于该金属材料30之中均匀分散，而得到该金属基纳米碳管复合材料50。
综上所述，本发明借由该模头的该往复运动，反复挤压该待成型物，使该纳米碳管于该金属材料之中均匀分散，以形成该金属基纳米碳管复合材料，该金属基纳米碳管复合材料相较该金属材料，能够有效提升结构强度以及电性质，并解决以往该纳米碳管于该金属材料中分散性不佳的问题。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种金属基纳米碳管复合材料的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：
提供一模具，该模具包括一模穴、一与该模穴连通的模孔以及一与该模孔同轴设置的模头；
将一金属材料和多个纳米碳管置放于该模穴内，该金属材料为选自镁、铝、锌、铜、镍、铬及其组合所组成的群组；
加热该金属材料，使该金属材料达到一不低于该金属材料的熔点的温度，供该金属材料与该纳米碳管形成一熔融态并混合为一待成型物，该金属材料于该待成型物中的重量百分比为90％至99.998％，该纳米碳管于该待成型物中的重量百分比为0.002％至10％；以及
令该模头相对该模孔进行多次往复运动，以反复挤压该待成型物，使该纳米碳管于该金属材料之中均匀分散，而得到该金属基纳米碳管复合材料。
2.根据权利要求1所述的金属基纳米碳管复合材料的制造方法，其特征在于，该纳米碳管为选自单壁纳米碳管、双壁纳米碳管、多壁纳米碳管及其组合所组成的群组。
3.根据权利要求1所述的金属基纳米碳管复合材料的制造方法，其特征在于，该纳米碳管的直径为介于10纳米至200纳米。
4.根据权利要求1所述的金属基纳米碳管复合材料的制造方法，其特征在于，该模具为一挤型机，于该往复运动之中，该挤型机对该待成型物施予一介于500吨数至3000吨数的推挤力。
5.根据权利要求1所述的金属基纳米碳管复合材料的制造方法，其特征在于，于该往复运动之中，该待成型物处于一保护气体下，该保护气体为氩气。
6.一种金属基纳米碳管复合材料的制造方法，其特征在于，包含以下步骤：
提供一模具，该模具包括一模穴、两相对设置并与该模穴连通的第一模孔、第二模孔以及两分别与该第一模孔、第二模孔同轴设置的第一模头、第二模头；
将一金属材料和多个纳米碳管置放于该模穴内，该金属材料为选自镁、铝、锌、铜、镍、铬及其组合所组成的群组；
加热该金属材料，使该金属材料达到一不低于该金属材料的熔点的温度，供该金属材料与该纳米碳管形成一熔融态并混合为一待成型物，该金属材料于该待成型物中的重量百分比为90％至99.998％，该纳米碳管于该待成型物中的重量百分比为0.002％至10％；以及
令该第一模头与该第二模头分别相对该第一模孔与该第二模孔进行多次往复运动，以反复挤压该待成型物，使该纳米碳管于该金属材料之中均匀分散，而得到该金属基纳米碳管复合材料。
7.根据权利要求6所述的金属基纳米碳管复合材料的制造方法，其特征在于，该纳米碳管为选自单壁纳米碳管、双壁纳米碳管、多壁纳米碳管及其组合所组成的群组。
8.根据权利要求6所述的金属基纳米碳管复合材料的制造方法，其特征在于，该纳米碳管的直径为介于10纳米至200纳米。
9.根据权利要求6所述的金属基纳米碳管复合材料的制造方法，其特征在于，该模具为一挤型机，于该往复运动之中，该挤型机对该待成型物施予一介于500吨数至3000吨数的推挤力。
10.根据权利要求6所述的金属基纳米碳管复合材料的制造方法，其特征在于，该往复运动之中，该待成型物处于一保护气体下，该保护气体为氩气。
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