CN105296954A - 合成用于结构和导体应用的铝碳纳米管材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及合成用于结构和导体应用的铝碳纳米管材料的方法。具体而言，本发明涉及一种原位形成铝碳纳米管复合材料的方法和利用这种复合物产生的感应电动机部件。所述方法包括通过将催化剂前体与铝粉混合，使得形成胶体化合物，随后烧结所述胶体化合物以留下形成在铝粉的表面上的催化活性材料，来形成铝基基体。含碳气体被引入到包括铝和催化金属的复合催化剂，使得在催化活性金属的帮助下在铝基基体上生长碳纳米管增强体。附加的机械处理步骤还可包括增压、烧结和冷轧铝碳纳米管复合材料。

Description

合成用于结构和导体应用的铝碳纳米管材料的方法

技术领域

本发明涉及Al-CNT复合物的制造，具体而言，涉及一种原位合成用于结构和导体应用的Al-CNT材料的新技术。

背景技术

碳纳米管（CNT）于1991年被首次发现，现在公知其拥有极高的强度、弹性模量、电导率和热导率，同时具有低重量结构。它们被成形为具有蜂窝状纳米结构单层石墨壁（即，厚度不超过一个原子）的细长中空圆柱体。尽管具有这些优点，但尚不能基于CNT研制出金属基复合材料，这至少部分是由于难以用与基于聚合物和基于陶瓷的CNT复合材料类似的方式分散CNT。对于聚合物和陶瓷基复合材料，一些报告已经证明具有高粘合力的聚结（agglomerate）的CNT可被打碎并利用它们的动电势均匀地混合到基体中；据此，所得复合材料可显示期望的结构特性。然而，这些方法对在金属中分散CNT无效，因为金属颗粒的ζ电势的可靠性低并且金属和CNT之间的密度差大。已经提出机械混合和热挤压作为克服这些问题的一种方法；但是，相对于纯铝（下文论述），未显著改进所得的Al-CNT复合材料的机械特性（在添加5%体积的CNT的情况下，最终的拉伸强度为84MPa）。另一种方法试图通过利用管状摆动混合器和行星磨机的高效混合来混合CNT和铝粉；这种方法的困难在于不能充分地分散CNT，导致电性能受损。

一种电感应电动机包括被缠绕有线圈的静止场（定子）包围的旋转电枢（转子）。当电流穿过定子绕组时，周围缠绕有绕组的被称为磁极的定子部分（其可由可导磁材料制成，例如铁）被磁激励，这继而给予转子电磁力，致使其旋转。在目的应用中，附接到转子上的轴可用于通过转动一个或多个联动轮为车辆提供推进力。这种电动机在完全依靠电力或部分依靠混合动力系统（其中，电动机和内燃机（例如常规的汽油或柴油机）彼此协作以产生期望的原动力）的车辆中尤其有用。

“鼠笼式”电动机是电感应电动机的常见例子，并且因其笼状圆柱形状而得名，其中，许多金属转子条或棒沿纵向延伸并围绕中心旋转轴线的圆柱形外周分隔开。利用金属端环将所述条相对于彼此成固定关系地夹持起来，从而使得相邻条和连接的端环形成具有许多线圈状电连续回路的笼状结构。由于转子靠近定子，定子所产生的磁场的变化在条和端环所形成的高度导电回路中感生电流。此电流将转子转化为试图将其自身与定子产生的磁场对齐的电磁体。为了增加转子的磁场强度，一系列层压板（通常由磁阻比空气低（即，更易导磁）的材料制成，例如铁）被安装到轴或相关心轴上，从而使得它们占据轴和由条和端环形成的笼之间的基本整个空间。此外，可利用低电导率材料（例如，涂层）最小化它们之间的电接触。板的层压叠层（laminatedstack）与流过笼回路的电流的协作有助于增强转子回路产生的磁场，并致使在附接轴中产生更高水平的扭矩。为了保持产生的扭矩处于相对恒定的水平，组成笼的条可偏斜，以限定略微螺旋形的图案，而非弯曲沿纵向的图案。

在一种形式中，条（在本文中也被称为导体条）由高度导电材料制成，例如纯铝。尽管这种材料具有优异的导电性，但其机械性能（如上文暗示的）趋于受限，因此使其不能满足耐用性要求，尤其是在与汽车应用相关的严苛环境中。条固有的高纵横比和伴随的在铸造和其它常规制造技术中对缺陷的敏感性加剧了此问题。虽然可向铝中添加合金元素以提高其强度或相关的机械属性，但电性能趋于通过较低的传导率而受损。

许多制造技术已被用于生产感应电动机的条和端板（或端环）。例如，条和端板或端环可形成为之后通过焊接、紧固或粘合等接合在一起的单独形成结构。与层压叠层的板之间的连接一样，可使用不导电的粘合剂将条固定到形成在层压板中的类似尺寸和形状的狭槽中。另一种用于制造纵向金属条的技术涉及铸造，其中，一旦已经组装好层压板结构，就可将融合的铝直接倒入狭槽中。相比利用分离的部件组装鼠笼式电动机，铸造鼠笼式电动机是有利的，因为这降低了成本和与组装部件相关的制造不一致，但是传统的铸造技术难以制造无缺陷的导体条。此外，铸造和接合都不能生产同时满足基于条和笼的感应电动机的严格的电气和结构需求的条和它们形成的笼。

发明内容

根据本发明的一个方面，公开了一种原位形成Al-CNT复合材料的方法。所述方法包括通过将催化剂前体与铝粉混合，使得产生胶体化合物（colloidalcompound），并且随后烧结所述胶体化合物，使得催化活性材料形成在铝粉的表面上，来形成铝基基体。由此，CNT增强体能够在铝基基体上生长或以其它方式形成，其中，含碳气体与铝粉的改性（modified）表面之间的催化反应促进Al-CNT复合物的形成。在特定形式中，此复合物可以通过如下方式进一步处理，即：应用热、压力和机械操纵中的一个或多个，作为控制CNT聚结及其随之发生的在铝基基体上的累积和结合到铝基基体的方式。

根据本发明的另一方面，公开了一种原位形成Al-CNT复合材料的方法。所述方法包括通过将含镍的催化剂前体与铝粉混合，使得形成胶体化合物，并且随后烧结所述胶体化合物，使得镍基的催化活性材料形成在铝粉的表面上，来形成铝基基体。由此，通过将所述催化活性材料暴露于含碳气体，CNT增强体在基体上生长或以其它方式形成。由此，Al-CNT复合物经历增压、烧结和冷轧操作中的至少一种，以促进所期望的结合及随之发生的机械和电气性能改进。

根据本发明的又一方面，公开了一种形成用于感应电动机的转子的方法。所述方法包括从Al-CNT复合材料制备许多导体条，其中，通过如下方式制造CNT材料，即：通过将催化剂前体与铝粉混合，使得形成胶体化合物，并且随后烧结所述胶体化合物，使得镍基的催化活性材料形成在铝粉的表面上，来形成铝基基体。在此之后，通过催化活性材料与含碳气体的协作，CNT增强体在基体上生长或以其它方式形成，其后，使用增压、烧结和冷轧操作中的一种或多种。一旦Al-CNT被成形为适当的导体条形状，产生的条就被放置到限定在层压钢叠层（steelstack）内的相应的狭槽中，并且随后，所述条与和所述叠层的相应的端部相邻设置的环或板结合；以此方式，各个导体条和端环或端板形成大致圆柱形的笼。笼和叠层二者彼此协作，使得在使用感应电动机中的转子时，笼被用作转子的主要电流路径，而叠层被用作转子的主要（或甚至是基本上完整的）磁通量路径。

本发明还包括下述方案：

1.一种原位形成铝碳纳米管复合材料的方法，所述方法包括：

形成铝基基体，包括：

　　将催化剂前体与铝粉混合，使得形成胶体化合物；以及

　　烧结所述胶体化合物，使得催化活性材料形成在所述铝粉的表面上；以及

在具有所述催化活性材料的所述铝基基体上生长碳纳米管增强体。

2.如方案1所述的方法，其特征在于，所述催化剂前体包括含金属溶液。

3.如方案2所述的方法，其特征在于，所述含金属溶液是镍基的。

4.如方案3所述的方法，其特征在于，所述镍基的含金属溶液包括Ni(NO₃)₂·6(H₂O)。

5.如方案3所述的方法，其特征在于，所述镍基的含金属溶液还包括Y(NO₃)₃·6(H₂O)。

6.如方案5所述的方法，其特征在于，钇与镍与铝的比率为1:4:53。

7.如方案3所述的方法，其特征在于，重量百分比多达大约10%的所述胶体化合物由所述催化剂前体组成。

8.如方案3所述的方法，其特征在于，所述将催化剂前体与铝粉混合使得形成胶体化合物还包括添加氢氧化钠溶液，使得形成三元胶体溶液。

9.如方案1所述的方法，其特征在于，所述烧结发生在惰性环境中。

10.如方案9所述的方法，其特征在于，所述烧结发生在大约500℃的温度下。

11.如方案1所述的方法，其特征在于，所述生长碳纳米管增强体包括将所述催化活性材料暴露于含碳气体。

12.如方案11所述的方法，其特征在于，所述暴露通过化学气相沉积发生。

13.如方案12所述的方法，其特征在于，所述含碳气体包括氮气与乙烯、甲烷和甲醛中的至少一种的混合物。

14.如方案13所述的方法，其特征在于，所述催化活性材料在大约600℃和大约650℃之间的温度环境中被暴露于氮气和甲烷的所述混合物持续多达10分钟。

15.如方案11所述的方法，还包括：

对所述铝碳纳米管复合材料增压；

烧结所述增压的铝碳纳米管复合材料；以及

冷轧所述烧结、增压的铝碳纳米管复合材料。

16.如方案15所述的方法，其特征在于，所述增压发生在大约200MPa和大约250MPa之间处。

17.如方案15所述的方法，其特征在于，所述增压的铝碳纳米管复合材料的所述烧结发生在大约550℃和大约650℃之间的温度下。

18.如方案15所述的方法，其特征在于，所述冷轧发生在大约400MPa和大约600MPa之间的压力下。

19.如方案1所述的方法，还包括：

对所述铝碳纳米管复合材料增压；

烧结所述增压的铝碳纳米管复合材料；以及

冷轧所述烧结、增压的铝碳纳米管复合材料。

20.一种原位形成铝碳纳米管复合材料的方法，所述方法包括：

形成铝基基体，包括：

　　将含镍催化剂前体与铝粉混合，使得形成胶体化合物；以及

　　烧结所述胶体化合物，使得镍基催化活性材料形成在所述铝粉的表面上；

通过将所述催化活性材料暴露于含碳气体，在具有所述催化活性材料的所述铝基基体上生长碳纳米管增强体；以及

使所述铝碳纳米管复合材料经历从包括增压、烧结和冷轧的组选择的至少一种后生长操作。

21.一种形成用于感应电动机的转子的方法，所述方法包括：

制备由铝碳纳米管复合材料制成的多个导体条，所述碳纳米管材料通过如下方式制成：

　　形成铝基基体，包括：

　　　　将催化剂前体与铝粉混合，使得形成胶体化合物；以及

　　　　烧结所述胶体化合物，使得镍基催化活性材料形成在所述铝粉的表面上；

　　通过将所述催化活性材料暴露于含碳气体，在具有所述催化活性材料的所述铝基基体上生长碳纳米管增强体；以及

　　使所述铝碳纳米管复合材料经历增压、烧结和冷轧操作中的至少一种；

将所述导体条放置到限定在层压钢叠层内的多个基本上纵向的狭槽中；以及

将一对环结合在所述多个导体条的相应的端部上，使得由此限定笼，所述笼和所述叠层彼此协作以限定所述转子的相应的电流相容部分和磁通量相容部分。

附图说明

当结合以下附图阅读时，能够最好地理解本发明的优选实施例的以下详细描述，在附图中，相同的结构利用相同的附图标记指示，并且其中附图的各个部件不一定按比例图示：

图1描绘了具有形式为电池组、电感应电动机和内燃发动机的混合动力推进系统的车辆；

图2描绘了感应电动机的透视剖面图，其具体地示出了感应电动机的定子和鼠笼式转子部分之间的关系，其中后者能够根据本发明来制造；

图3描绘了图2的电动机的转子，其突出了笼的端环和纵向条的连接性、通过环和条形成的概念性的电流回路以及在笼内层压叠层的一部分的放置；

图4描绘了用于制备基于催化剂的前体材料中的步骤的框图；

图5描绘了用于形成使用图4的基于催化剂的前体材料的Al-CNT复合物中的步骤的框图；

图6A和图6B描绘了在铝粉具有形成在其表面上的催化材料之前和之后的铝粉之间的对比；

图7描绘了通过本申请中公开的原位合成方法和传统粉末冶金（PM）方法制成的样品的极限拉伸强度的对比；

图8描绘了通过本申请中公开的原位合成方法和传统PM方法制成的样品的电导率的对比；

图9描绘了通过本申请中公开的原位合成方法和传统PM方法以及在挤制之后随后的冷轧制成的样品的极限拉伸强度的对比；以及

图10A和图10B描绘了通过两种不同方法制备的Al-CNT复合物中CNT的形态，其中，一个（图10A）基于本发明的原位方法，并且另一个（图10B）基于传统PM过程。

具体实施方式

首先参照图1，车辆1包括形式为由都与电动机15协作的常规ICE5和电池组10组成的电功率源的混合动力推进系统。这样的车辆已知为混合动力电动车辆（HEV）。本领域技术人员将会理解，车辆1可以不需要ICE5，在这种情况下，车辆不是HEV，而是电动车辆（EV）；两种形式都属于本发明的范围内。应该理解，可用于给车轮中的一个或多个提供推进功率并耦接到电池组10和ICE5中的一者或两者的另外的动力传动系统部件（都未示出）包括旋转轴、轮轴、变速器、控制器等。虽然车辆1目前被示出为轿车，但将混合动力推进系统应用于其它这样的自动推进形式（包括卡车、公交车、飞机、船只、航天器和摩托车）被认为是在本发明的范围内。

接下来参照图2，电动机15包括响应于来自定子30的磁场的变化而旋转的转子20，所述定子30包括被许多场线圈34包围的可导磁磁极32。磁极32可被组装为单个板的层压件（下文结合转子20更详细地论述），所述层压件在电流穿过场线圈34的绕组时作为电磁体。到线圈34的初始连接可来自外部电源，例如线路功率、发电机、电池或其它常规源。转子20被安装在轴或心轴40上，使得转子20的旋转运动能够被转变成有用功。例如，形成在轴40的端部中的齿45能够被用于与互补表面相互作用，以转动轮、滑轮、风扇（都未示出）等。如本领域技术人员将会理解的，处于转子20和定子30彼此不接触的所示配置中的电动机15被称为感应电动机，其中，在适当配置的结构中电流和磁通量的相互感应的原理是公知的。壳体50被用于包含转子20和定子30，而可旋转轴40可以经由一个或多个轴承60被固定到壳体50，所述轴承60能够与同壳体50一起形成或以其它方式固定到壳体50的端板70相互作用。

接下来参照图3，转子20通常被称为鼠笼式转子，并且包括第一端环21、相对于第一端环21轴向隔开以限定大致圆柱形形状的第二端环22以及围绕所述圆柱形形状的周边在端环21和端环22之间基本上纵向地延伸的多个转子条23。电气地，条23及端环21和端环22中的每一个由Al-CNT复合物制成，使得转子条23到端环21和端环22的连接产生许多大致矩形形状的电流回路24。导磁材料（例如，铁）被放置在转子20内条23与端环21和端环22之间的空间中，使得穿过回路24的电流在转子20中感生较强的磁通量。优选地，此材料形式为通过联锁或通过铸造被保持在一起并被安装到轴40的许多层压板25；这样的配置被称为层压叠层、层压组件或其一些变体。由于条23及端环21和端环22的电导率显著大于层压叠层的电导率，所以绝大多数的电流通过条23及端环21和端环22所形成的连续回路24的路径。因此，在来自设定在定子30中的相邻（但不接触）的电磁体的磁场周期性改变时，电流在回路24中的来回通过使层压叠层当作电磁体，所述电磁体用力使转子20旋转，以将每个部分带向定子30上相应的相邻磁极或远离其带开，这取决于它们具有相同还是相反的极性。

示出了用于限定鼠笼式转子20的笼的部件，其中，为了清楚而移除了组成层压叠层的大部分的板25。实际上，仅示出了板25中的三个，每一个具有狭槽27，所述狭槽27形成在板外周边处并相对于彼此隔开一定距离以允许它们容纳将放置在其中的纵向条23。如图2和图3二者中所示，纵向条23相对于转子20的纵向轴线（其与轴40大致重合）略微偏斜，以提供给予层压叠层和轴40的扭矩的更均匀的分布。突出了回路24中的一个，以示出在交替的电磁循环的一部分期间电流可采取的一个概念性的路径（通过箭头示出）。

接下来参照图4和图5，通过采用CVD的原位（而非离体）合成制造本发明的Al-CNT复合物。具体参照图4，首先示出了催化剂前体（例如，NiO-Al）140的形成，其中，本发明的发明人已确定镍（Ni）是良好的原料金属，并且与其它金属（例如铁、钴等）相比，它的成本、易用性和催化性能（克服动力学极限（kineticthreshold）的能力）的结合是优异的。将铝粉与Ni(NO₃)₂·6H₂O的溶液混合110，以在铝粉表面上形成Ni(OH)₂的胶体化合物120，之后在使用氩保护的情况下在大约500℃下进行烧结。本发明的发明人已确定当镍单独被用作催化金属时，一些合适的镍与铝的比率是1:19、1:9和1:5。由于廉价且易于获得，Ni(NO₃)₂·6H₂O促进通过简单反应形成NiO，但本领域技术人员将理解也可以使用其它溶液（例如，醋酸镍）。选择性地添加钇（Y，以Y(NO₃)₃·6H₂O的形式）可以被用于改进镍的催化性能。在催化剂前体140的制备中，氢氧化钠（NaOH）被用于首先形成中间产物Ni(OH)₂，所述中间产物Ni(OH)₂能更好地沉积到铝粉的表面上；这样的反应被示出如下。

Ni(NO₃)₂+NaOH→Ni(OH)₂↓+NaNO₃（1）。

优选地，使用小的前体来合成CNT。因此，在较高的温度下进行烧结之后，Ni(OH)₂胶体分解成NiO，其颗粒大小在纳米级（多达10nm）范围中。本发明的发明人已确定如果催化剂的大小过大（例如，达到微米级范围中），则它不能使CNT生长。如此，重要的是通过将催化剂的大小保持在纳米级尺度来控制它的大小，并防止它在CNT生长期间变大。胶体化合物120的形成通过以下反应来大致表示：

Ni^x++OH^-→Ni(OH)₂（2）

而通过在大约100℃下真空干燥130胶体化合物120持续大约8小时，并且随后在氩气保护下将它放到炉中并加热至高温（约500℃和约550℃之间）持续约1小时，来形成产生的前体140（由NiO/Al复合粉末组成）。因此，催化剂前体140的NiO涂覆铝粉表面，之后它还原成Ni。尽管能够替代地采用直接使用镍涂层，但本发明的发明人确定优选的是替代地使镍经历以上反应，这是因为产生的活性镍颗粒形成物产生更期望的纳米级尺度大小的颗粒。而且，例如来自无电镀或水电镀的镍涂层的传统技术，除了形成较大的（即，微米范围）镍涂层之外，还采用非活性（并因此对CNT应用而言不是良好的催化剂）的镍。本方法的另一个优点在于通过将铝粉放入例如Ni(NO₃)₂·6H₂O的水溶液中，使得铝与任何周围的氧隔离，而避免了铝氧化。在优选形式中，催化剂前体140的重量百分比为5；在第二优选实施例中，重量百分比为10。本发明的发明人发现，当使用超过胶体化合物的10%的催化剂前体时，CNT形成不是那么普遍的，这是因为产生的CNT趋于形成球形而非管形。

具体参照图5，第二步骤150通过使用基于化学气相沉积（CVD）的方法使CNT从催化剂前体140生长到基体铝粉表面上，来合成Al-CNT复合粉末。在合成过程中，催化剂前体140的NiO/Al粉末在基于氮气（N₂）的保护环境160内被保持在约600℃至约650℃的温度下持续几分钟（优选在约1分钟至10分钟之间，这取决于催化剂的含量），过一会儿后停止170基于氮气（N₂）的保护环境160，以使得NiO通过氢的存在能够还原成镍。然后，产生的镍铝复合催化剂180被暴露于含碳组分190（例如，乙烯、甲烷或甲醛，但在对各种处理参数合适地修改以考虑到不同气体属性的情况下也可使用其它组分），作为生长CNT的方式。然后，使用冷却步骤200（其能够在N₂保护下执行），从而产生Al-CNT复合粉末210。本发明的发明人已发现，当操作温度低时CNT的产率最高，并且这在很大程度上源于铝的相对低的熔化温度（和作为结果的操作温度）；由此，他们相信对CNT的生产而言操作温度是重要的参数，其中，铝形成用于随后产生的复合物的基体材料。

在合成之后，通过在约200MPa至约250MPa的压力下利用CNT包裹（pack）铝粉，此外在约550℃和约650℃之间的温度下烧结，并且随后在约400MPa和约600MPa之间的压力下机械操纵（特别是冷轧），来产生Al-CNT复合材料190。

N₂160和乙烯（C₂H₄）170的混合物首先被引入到炉中（在约600℃和约650℃之间的温度下），并且随后，催化剂前体140的NiO/Al粉末被移到炉中。当催化剂前体140的NiO/Al粉末遇到N₂/C₂H₄气体时，CNT的生长立刻发生。当催化剂前体140完全耗尽时（通常在几分钟之后），CNT的生长停止。在当前背景下，镍颗粒的耗尽不一定与在反应完成时不存在残留的镍相同，而是部分的镍可余留在铝粉的表面上，并且部分余留在CNT的顶端上。在C₂H₄分解以形成CNT期间，镍可变得被来自气体的碳材料覆盖，并因此不能与仍存在的余留气体接触，从而在反应停止时有效地引起镍活性的损失。替代乙烯，碳源能够是甲烷CH₄或甲醛（CH₂O）。

接下来参照图6A和图6B，其示出了根据本发明制造的复合物的结果。具体而言，扫描式电子显微镜（SEM）图像示出了CNT在铝基体上的广泛、相对均匀的分散。如上所述，铝粉中CNT的体积分数能够按重量确定。

接下来参照图7至图9，其示出了对通过本原位方法形成的Al-CNT复合物的机械和电气属性试验的结果。特别地，本发明的发明人已发现所公开的原位合成方法示出了优于传统PM方法的优点，这是因为拉伸强度和电导率二者得到了改进。如图7和图9中具体示出的，能够看到尤其是在处于较高的CNT负载的情况下，相对于传统PM方法显著改进的机械性能（以极限拉伸强度（UTS）的形式）。如图可见，在大于约1.0的CNT的重量百分比下，传统方法的UTS性能指标与本发明的UTS性能指标相比快速下降。本发明的发明人相信金属材料的增强作用随着添加的强化相的量而增加（至少多达一定程度）。在目前情况下，CNT作为用于本Al/CNT复合物中的铝基体的强化相。另一方面，由于强化相的聚结，常规Al/CNT复合物中的CNT的大小处于微米级尺度；这继而能够导致基体和CNT增强体之间的弱结合。如此，聚结之后过量的CNT粉末不会提高强度；而且，如图7和图9中所示，对于传统PM过程，它们可导致性能显著下降超过一定的量，其中，由于Al与CNT结合而引起的弱化作用占主导。由此，重要的是在这些增强作用和弱化作用之间取得平衡。原位合成处理的优点在于改进CNT到粉末上的聚结，这是通过使前者生长在后者上，而不是如常规方法所做的仅仅将它们混合。以此方式，原位方法以常规处理（例如，传统PM方法和相关的方法）不能的方式改变CNT和作为基础的基体粉末之间的微结构关系。如本公开中其它地方所提及的，本发明的原位方法还可以包括后生长处理步骤，以进一步促进CNT耦接到粉末上。这样的步骤包括对包括生长在粉末上的CNT的复合材料增压，烧结此增压的复合材料以及随后对它进行冷轧，以促进所期望水平的尺寸、定向和表面覆盖范围。具体参照图8，同等重要的是保持高的电导率。

接下来参照图10A和图10B，在优选形式中，纳米管沿单方向对齐。值得注意地，在目前公开的原位过程中，CNT在Al粉的表面上生长。在烧结之后，这些粉末将在挤制和/或冷轧期间被变形和拉长，从而意味着每个粉末的表面上的CNT将沿单方向被拉伸和变形，所述方向是与铝粉在变形期间相同的方向，如图10A中具体示出的，而在传统PM过程中，CNT将聚结成前述微米级尺度；本发明的发明人相信这种不能沿单方向分离、变形和拉伸（如图10B中所示，其中，CNT在变形之后保持球形）是在机械属性（例如，以上结合图7和图9提及的UTS）方面的差异中的显著因素。重要的是，相对于在抽取期间CNT将不与铝粉同时变形的传统离体方法，根据本发明的原位方法的这种控制或修改聚结的能力改进了铝基粉末和CNT之间的结合。

应当注意的是，如“优选地”、“大致”和“通常”等用语在本文中并非用于限制所主张的发明的范围或暗示特定的特征对所主张的发明的结构或功能是关键的、基本的或甚至是重要的。相反，这些用语仅意在突出在本发明的特定实施例中可以或者可以不采用的替代性特征或附加特征。

为了描述和限定本发明的目的，应当注意的是，用语“基本上”、“大约”和“近似地”及其变体在本文中用于表示可归属于任何定量比较、值、测量或其它表示的固有的不确定度。用语“基本上”在本文中也用于表示在不引起所讨论的主题的基本功能的改变的情况下定量表示从陈述的引用可变化的程度。

虽然已详细地并且参照具体实施例描述了本发明，但将会是显而易见的是，修改和变型是可能的，而不脱离所附权利要求限定的本发明的范围。特别是预期本发明的范围不必限于所陈述的优选方面和示例性实施例，而是应当通过所附权利要求支配。

Claims (10)

1.一种原位形成铝碳纳米管复合材料的方法，所述方法包括：

形成铝基基体，包括：

　　将催化剂前体与铝粉混合，使得形成胶体化合物；以及

　　烧结所述胶体化合物，使得催化活性材料形成在所述铝粉的表面上；以及

在具有所述催化活性材料的所述铝基基体上生长碳纳米管增强体。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂前体包括含金属溶液。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述含金属溶液是镍基的。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述镍基的含金属溶液包括Ni(NO₃)₂·6(H₂O)。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述镍基的含金属溶液还包括Y(NO₃)₃·6(H₂O)。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，钇与镍与铝的比率为1:4:53。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，重量百分比多达大约10%的所述胶体化合物由所述催化剂前体组成。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将催化剂前体与铝粉混合使得形成胶体化合物还包括添加氢氧化钠溶液，使得形成三元胶体溶液。

9.一种原位形成铝碳纳米管复合材料的方法，所述方法包括：

形成铝基基体，包括：

　　将含镍催化剂前体与铝粉混合，使得形成胶体化合物；以及

　　烧结所述胶体化合物，使得镍基催化活性材料形成在所述铝粉的表面上；

通过将所述催化活性材料暴露于含碳气体，在具有所述催化活性材料的所述铝基基体上生长碳纳米管增强体；以及

使所述铝碳纳米管复合材料经历从包括增压、烧结和冷轧的组选择的至少一种后生长操作。

10.一种形成用于感应电动机的转子的方法，所述方法包括：

制备由铝碳纳米管复合材料制成的多个导体条，所述碳纳米管材料通过如下方式制成：

　　形成铝基基体，包括：

　　　　将催化剂前体与铝粉混合，使得形成胶体化合物；以及

　　　　烧结所述胶体化合物，使得镍基催化活性材料形成在所述铝粉的表面上；

　　通过将所述催化活性材料暴露于含碳气体，在具有所述催化活性材料的所述铝基基体上生长碳纳米管增强体；以及

　　使所述铝碳纳米管复合材料经历增压、烧结和冷轧操作中的至少一种；

将所述导体条放置到限定在层压钢叠层内的多个基本上纵向的狭槽中；以及

将一对环结合在所述多个导体条的相应的端部上，使得由此限定笼，所述笼和所述叠层彼此协作以限定所述转子的相应的电流相容部分和磁通量相容部分。