CN110322987A - 一种碳纳米管增强多层铝基复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铝基复合材料技术领域，具体涉及一种碳纳米管增强多层铝基复合材料及其制备方法和应用。所述方法包括：1)对铝基板表面进行碱液、酸液处理后进行清洗、干燥，然后对得到铝基板表面进行打磨预处理，2)用混合酸对碳纳米管进行酸化处理，然后将酸化后的碳纳米管制成碳纳米管悬浮液；3)将步骤2)的碳纳米管悬浮液置于步骤1)打磨后的铝基板的表面，干燥后得到碳纳米管/铝单层复合板材；4)将步骤3)获得的复合板材交替堆垛，预压成形，然后进行真空烧结；5)将步骤4)中真空烧结后的产品进行轧制处理，即得。本发明利用碳纳米管作为多层铝基板之间的增强层，能够有效提高多层铝基复合材料的力学性能和导电性能。

Description

一种碳纳米管增强多层铝基复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及铝基复合材料技术领域，具体的，涉及一种碳纳米管增强多层铝基复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
本发明背景技术中，公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着环境保护和节能减排要求的提高，越来越多的国家将轻量化作为重要的发展方向和目标。铝及铝合金具有密度低，比强度和比刚度高，耐腐蚀性优良和加工性能良好等优势，是实现轻量化的重要载体，已经被广泛的运用于电力电缆、航空航天、轨道交通、汽车制造等领域。然而，随着科技的进步和发展，上述领域对铝合金材料的导电性、比刚度、比强度和耐磨性等性能又提出了更高的要求。
碳纳米管是一种纳米尺寸材料，具有极高的强度、低的膨胀系数、优异的导电性、耐磨性和耐腐蚀性，是目前可制备出的最高比强度的材料，也是复合材料理想的增强相。近年来，研究者们发现将碳纳米管添加到铝合金中，可以制备出兼具高导电性、低密度、高强度和高耐磨性的碳纳米管增强铝基复合材料。目前，制备碳纳米管增强铝基复合材料的方法主要有粉末冶金法、喷涂法和搅拌摩擦等加工方法。专利文献CN 103911566 A公开了一种碳纳米管增强铝合金复合材料的粉末冶金制备方法。该方法采用浆料混合法或者原位生长法预先制备碳纳米管/纯铝的片状复合粉末；再将片状复合粉末与铝合金粉末按照一定比例混合，最后经过致密化、烧结、热变形加工及热处理获得碳纳米管增强铝合金复合材料。然而，本发明人认为：碳纳米管作为材料的强化相，其强度、硬度较大，与铝粉颗粒的尺寸差异明显，在材料烧结制备过程中易产生孔隙，使得材料的致密化程度低，组织也较为粗大，影响复合材料的性能。
专利文献CN 108103360 A公开了一种通过搅拌摩擦加工技术制备多壁碳纳米管增强1060铝复合材料的方法。该方法通过材料的剧烈塑性变形、混合与破碎，在摩擦热和机械搅拌的共同作用下发生动态再结晶，从而使组织细化、均匀化和致密化，以提高材料的性能。然而，本发明人认为：由于纯铝具有良好的塑性流动性能，经搅拌摩擦后能使增强相均匀弥散于铝基体中，得到综合性能优良的铝基复合材料。但是该方法不适合制备大块复合材料，很难进行工业化生产。
专利文献CN105648249A公开了一种多层铝合金套管填充碳纳米管/铝合金复合粉体的方法。其首先采用高能球磨将碳纳米管均匀分散到纯铝粉体中，获得碳纳米管/铝合金前驱复合粉体；同时，根据复合板材层数和各层厚度的设计，制备多层纯铝套管结构；然后，将复合粉体灌入多层纯铝套管，并捣紧、抽真空和封口；然后，对包套复合粉体进行多道次的同步、异步热轧和一道次冷轧；最后，对碳纳米管/铝合金多层复合板进行切头尾和切边，退火后得到碳纳米管增强铝基多层复合材料。然而，本发明人认为：该方法在轧制过程中难以实现粉体的均匀成形，留下大量空隙。
发明内容
针对上述的问题，本发明旨在提供一种碳纳米管增强多层铝基复合材料及其制备方法和应用。本发明利用碳纳米管作为多层铝基板之间的增强层，能够有效提高多层铝基复合材料的力学性能和导电性能。
本发明的第一目的，是提供一种碳纳米管增强多层铝基复合材料。
本发明的第二目的，是提供一种碳纳米管增强多层铝基复合材料的制备方法。
本发明的第三目的，是提供所述碳纳米管增强多层铝基复合材料及其制备方法的应用。
为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开一种碳纳米管增强多层铝基复合材料，包括：铝基板和碳纳米管；所述碳纳米管铺设在铝基板的表面形成碳纳米管层，并与铝基板共同形成单层复合铝基板，若干层所述复合铝基板交替堆垛，使碳纳米管层与铝基板交错排列，形成碳纳米管增强的多层铝基复合材料，所述碳纳米管层和铝基板之间具有扩散层，以便于实现碳纳米管层和铝基板之间的有机结合，提高界面的润湿性和粘合度。
作为进一步的技术方案，所述铝基板包括纯铝板和铝合金板。
作为进一步的技术方案，所述铝基板包括多孔铝板和非多孔铝板(即常规的铝板)。相对于非多孔铝板，多孔铝板更有利于碳纳米管与铝板之间的结合。
作为进一步的技术方案，所述铝基板的厚度为0.1～2mm。
作为进一步的技术方案，所述多孔铝板的孔隙率为10～40％，孔径大小为10～30μm。
作为进一步的技术方案，所述碳纳米管的长度为10～30μm，管径为8～50nm。
作为进一步的技术方案，所述碳纳米管增强的多层铝基复合材料中，最下层和最上层均为铝基板。
其次，本发明公开一种碳纳米管增强多层铝基复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将铝基板置于碱液中浸泡处理以除去铝基板表面氧化层，完成后用酸液冲洗铝基板，然后去除铝基板表面的残留液后对铝基板进行干燥，最后对得到铝基板表面进行打磨预处理手法，备用。该步骤可以进一步打磨掉氧化层并获得一层硬脆层，使之能在随后的轧制力下破裂，从而达到物理接触。从而更容易实现金属原子的相互靠近，通过物理结合作用形成机械结合；
(2)用混合酸对碳纳米管进行酸化处理，然后将酸化后的碳纳米管制成碳纳米管悬浮液，备用；
(3)将步骤(2)的碳纳米管悬浮液置于步骤(1)打磨后的铝基板的表面，干燥后得到碳纳米管/铝单层复合板材；
(4)将步骤(3)获得的碳纳米管/铝单层复合板材交替堆垛，预压成形，然后进行真空烧结，使铝板和碳纳米管层之间发生扩散，增强二者的结合程度，消除间隙和孔洞，并且避免界面上氧化层的产生。
(5)将步骤(4)中真空烧结后的产品进行轧制处理，以进一步提高多层复合材料的力学性能和导电性能，即得碳纳米管增强多层铝基复合材料。
作为进一步的技术方案，步骤(1)中，所述碱液为氢氧化钠溶液，所述酸液为硝酸溶液。
作为进一步的技术方案，步骤(2)中，所述混合酸由浓硫酸和浓硝酸配制而成以实现对碳纳米管的羟基化处理。
作为进一步的技术方案，步骤(2)中，所述碳纳米管的酸化处理工艺为：将浓硫酸与浓硝酸按照体积比为(1～4)：1配置成混合酸，然后将该混合酸与碳纳米管混合进行酸化处理2～10h，完成后将混合液稀释成中性进行离心处理，即得酸化处理的碳纳米管。所述酸化处理的目的是改善碳纳米管不溶于水和一般有机溶剂的特点以及改变易团聚交杂在一起的形态。通过酸化处理对碳纳米管进行改性处理，使得碳纳米管的尖端开口连接例如羟基，羧基等活性基团，这些基团可以提高它的水溶性，能够很好的将碳纳米管分散，形成管悬浮液。
作为进一步的技术方案，步骤(2)中，所述碳纳米管悬浮液的制备方法为：将酸化后的碳纳米管置于分散剂中，然后超声，即得。可选地，所述分散剂为体积比为1:(1～5)的无水乙醇和丙酮的混合液。
作为进一步的技术方案，步骤(3)中，当所述铝基板为非多孔铝基板时，步骤(3)具体为：将铝基板置于碳纳米管悬浮液中浸泡0.5～5h，保持温度为25～50℃，晾干后再次置于碳纳米管悬浮液中浸泡或将碳纳米管悬浮液淋喷至铝基板上，重复本步骤的前述操作1～5次，在铝基板表面获得悬浮液负载层，然后采用蒸发法进行干燥：将带有悬浮液负载层的铝基板在70～150℃+真空条件下干燥3～12h，以便于除去分散剂，即得碳纳米管/铝单层复合板材。
作为进一步的技术方案，步骤(3)中，当所述铝基板为非多孔铝基板时，步骤(3)具体为：将所述碳纳米管悬浮液滴加到步骤(1)打磨后的铝基板的表面，然后进行真空抽滤1～60min，控制真空抽滤过程中的压强为0.01～1MPa。重复本步骤的前述操作1～5次，即得碳纳米管/铝单层复合板材。
作为进一步的技术方案，步骤(4)中，所述预压成形压下量为5～15％。
作为进一步的技术方案，步骤(4)中，所述真空烧结的工艺参数为：温度350～500℃，保温时间10～120min。所述真空烧结目的是实现碳纳米管和铝基板的元素扩散，将二者的物理结合转换为通过扩散层联结，并且消除间隙和孔洞，从而增强二者的结合强度。
作为进一步的技术方案，步骤(5)中，所述轧制处理的工艺参数为：在250～400℃进行热轧处理，轧制速度为0.05～0.2m/s，首道次压下量为30％，之后每道次压下量为10～15％，总压下量为80％；将热轧后的产品在常温下进行冷轧处理，道次压下量为5％。所述轧制处理目的是通过轧制处理施加的压力和剪切应力有效地增强碳纳米管与铝基体的界面结合，改善复合材料微观织构，并促进碳纳米管趋于沿轧向定向排列，从而提高复合材料的力学和导电性能。
最后，本发明公开碳纳米管增强多层铝基复合材料及其制备方法在电力电缆、航空航天、军工等领域中的应用。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
(1)本发明采用碳纳米管作为强化材料，本发明通过蒸发法或抽滤法将碳纳米管均匀的涂覆在铝合金板上，然后通过真空烧结促进元素扩散以及轧制时的压力和剪切应力有效地增强碳纳米管与铝基体的界面结合，改善复合材料微观织构，并促进碳纳米管趋于沿轧向定向排列，从而提高复合材料的力学性能和导电性能。该方法是一种非常有效的制备铝基复合材料板材的方法，制备出复合材料能实现碳纳米管和铝层层相间的分布。
(2)相对于单纯的多层铝基复合材料，本发明制备的碳纳米管增强多层铝基复合材料的强度和导电性均得到大幅提升，这是因为碳纳米管是一种纳米尺寸材料，具有极高的强度、优异的导电性、耐磨性和耐腐蚀性，是复合材料理想的增强相，碳纳米管与铝的复合能够获得兼具高的力学性能和优良导电性能的高强高导复合材料；其次，通过真空烧结和轧制处理可以有效地增强碳纳米管与铝基体的界面结合，改善复合材料微观织构，细化晶粒，并促进碳纳米管趋于沿轧向定向排列，从而进一步提高复合材料的性能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明实施例1中通过蒸发法制备碳纳米管增强多层铝基复合材料的流程图。
图2为本发明实施例1中通过蒸发法制备碳纳米管增强多层铝基复合材料的示意图。
图3为本发明实施例2中通过抽滤法制备碳纳米管增强多层铝基复合材料的流程图。
图4为本发明实施例2中通过抽滤法制备碳纳米管增强多层铝基复合材料的示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所述，传统的单纯利用铝板制备的铝基复合材料性能仍有待于进一步提高。因此，本发明提出了一种碳纳米管增强多层铝基复合材料及其制备方法，现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。
实施例1
一种碳纳米管增强多层铝基复合材料的制备方法，本实施例以非多孔铝基板(6063铝合金)为铝基板，包括如下步骤：
(1)将长度、宽度和厚度分别为60、30和0.1mm的6063铝合金板放在50g/ml的氢氧化钠溶液中浸泡处理5min，取出后用浓度为68％的硝酸冲洗，最后经去离子水清洗后干燥；
(2)将步骤(1)获得的6063铝合金板用2000#砂纸打磨，然后用去离子水冲洗后干燥，备用；
(3)将0.05g碳纳米管(长度为30μm，管径为20nm)放在体积比为2:1的浓硫酸与浓硝酸配制的混合酸中进行酸化处理6h，之后稀释成中性，并进行离心处理，得到酸化处理的碳纳米管，备用；
(4)用体积比为1:3的无水乙醇和丙酮配置成分散剂，取250ml，加入0.05g步骤(3)酸化处理后的碳纳米管，超声分散10h，获得碳纳米管悬浮液；
(5)将步骤(2)获得的6063铝板置于步骤(4)获得的碳纳米管悬浮液中浸泡5h，保持温度为50℃，晾干后再次进行浸泡，重复本步骤中前述操作3次，获得厚度为20μm的悬浮液负载层，最后将带有负载层的铝板在150℃真空干燥8h除去分散剂；
(6)将50张步骤(5)获得的碳纳米管/铝单层复合板材叠合在一起，最下层和最上层均为铝板；然后预压至厚度为5.5mm后置于460℃下真空烧结60min；
(7)将步骤(6)烧结后获得的多层碳纳米管/铝板进行轧制处理：首先在轧制温度为300℃，轧制速度为0.1mm/s的工艺参数下进行热轧处理至2.0mm，每道次的压下量分别为：1.2、0.8、0.5、0.3、0.3、0.2、0.2mm。然后在常温，轧制速度为0.1mm/s的工艺参数下进行冷轧处理至1mm，每道次的压下量分别为：0.3、0.3、0.2、0.2mm，即得碳纳米管增强多层铝基复合材料。
经测试，本实施例制备的碳纳米管增强多层铝基复合材料的抗拉强度为296.2MPa，导电率55.69％IACS。
实施例2
一种碳纳米管增强多层铝基复合材料的制备方法，本实施例以非多孔铝基板(6063铝合金)为铝基板，包括如下步骤：
(1)将长度、宽度和厚度分别为60、30和2mm的6063铝合金板放在50g/ml的氢氧化钠溶液中浸泡处理5min，取出后用浓度为68％的硝酸冲洗，最后经去离子水清洗后干燥；
(2)将步骤(1)获得的6063铝合金板用2000#砂纸打磨，然后用去离子水冲洗后干燥，备用；
(3)将0.05g碳纳米管(长度为10μm，管径为8nm)放在体积比为1:1的浓硫酸与浓硝酸配制的混合酸中进行酸化处理10h，之后稀释成中性，并进行离心处理，得到酸化处理的碳纳米管，备用；
(4)用体积比为1:1的无水乙醇和丙酮配置成分散剂，取250ml，加入0.05g步骤(3)酸化处理后的碳纳米管，超声分散10h，获得碳纳米管悬浮液；
(5)将步骤(2)获得的6063铝板置于步骤(4)获得的碳纳米管悬浮液中浸泡3h，保持温度为30℃，晾干后再次进行浸泡，重复本步骤中前述操作5次，获得厚度为23μm的悬浮液负载层，最后将带有负载层的铝板在100℃真空干燥12h除去分散剂；
(6)将5张步骤(5)获得的碳纳米管/铝单层复合板材叠合在一起，最下层和最上层均为铝板；然后预压至厚度为8mm后置于350℃下真空烧结10min；
(7)将步骤(6)烧结后获得的多层碳纳米管/铝板进行轧制处理：首先在轧制温度为250℃，轧制速度为0.05mm/s的工艺参数下进行热轧处理至2mm，每道次的压下量分别为：1.5、1.2、1.2、0.8、0.5、0.3、0.3、0.2mm。然后在常温，轧制速度为0.1mm/s的工艺参数下进行冷轧处理至1mm，每道次的压下量分别为：0.3、0.3、0.2、0.2mm，即得碳纳米管增强多层铝基复合材料。
经测试，本实施例制备的碳纳米管增强多层铝基复合材料的抗拉强度为283.4MPa，导电率54.93％IACS。
实施例3
一种碳纳米管增强多层铝基复合材料的制备方法，本实施例以非多孔铝基板(6063铝合金)为铝基板，包括如下步骤：
(1)将长度、宽度和厚度分别为60、30和1mm的6063铝合金板放在50g/ml的氢氧化钠溶液中浸泡处理5min，取出后用浓度为68％的硝酸冲洗，最后经去离子水清洗后干燥；
(2)将步骤(1)获得的6063铝合金板用2000#砂纸打磨，然后用去离子水冲洗后干燥，备用；
(3)将0.05g碳纳米管(长度为25μm，管径为50nm)放在体积比为4:1的浓硫酸与浓硝酸配制的混合酸中进行酸化处理2h，之后稀释成中性，并进行离心处理，得到酸化处理的碳纳米管，备用；
(4)用体积比为1:5的无水乙醇和丙酮配置成分散剂，取250ml，加入0.05g步骤(3)酸化处理后的碳纳米管，超声分散10h，获得碳纳米管悬浮液；
(5)将步骤(2)获得的6063铝板置于步骤(4)获得的碳纳米管悬浮液中浸泡0.5h，保持温度为25℃，晾干后再次进行浸泡，重复本步骤中前述操作5次，得厚度为20μm的悬浮液负载层，最后将带有负载层的铝板在70℃真空干燥3h除去分散剂；
(6)将10张步骤(5)获得的碳纳米管/铝单层复合板材叠合在一起，最下层和最上层均为铝板；然后预压至厚度为8mm后置于500℃下真空烧结120min；
(7)将步骤(6)烧结后获得的多层碳纳米管/铝板进行轧制处理：首先在轧制温度为400℃，轧制速度为0.2mm/s的工艺参数下进行热轧处理至2mm，每道次的压下量分别为：1.5、1.2、1.2、0.8、0.5、0.3、0.3、0.2mm。然后在常温，轧制速度为0.1mm/s的工艺参数下进行冷轧处理至1mm，每道次的压下量分别为：0.3、0.3、0.2、0.2mm，即得碳纳米管增强多层铝基复合材料。
经测试，本实施例制备的碳纳米管增强多层铝基复合材料的抗拉强度为285.4MPa，导电率55.16％IACS。
实施例4
一种碳纳米管增强多层铝基复合材料的制备方法，本实施例的目的是多孔铝基板(6063铝合金，其孔隙率为10％，孔径为25μm)制造碳纳米管增强多层铝基复合材料，包括如下步骤：
(1)将长度、宽度和厚度分别为60、30和0.1mm的6063多孔铝板放在50g/ml的氢氧化钠溶液中浸泡处理5min，取出后用浓度为68％的硝酸冲洗，最后经去离子水清洗后干燥；
(2)将步骤(1)获得的6063多孔铝板用2000#砂纸打磨，然后用去离子水冲洗后干燥，备用；
(3)将0.05g碳纳米管(长度为30μm，管径为20nm)放在体积比为2:1的浓硫酸与浓硝酸配制的混合酸中进行酸化处理6h，之后稀释成中性，并进行离心处理，得到酸化处理的碳纳米管，备用；
(4)用体积比为1:3的无水乙醇和丙酮配置成分散剂，取250ml，加入0.05g步骤(3)酸化处理后的碳纳米管，超声分散10h，获得碳纳米管悬浮液；
(5)将滤纸放在步骤(2)获得的多孔铝板下方，然后将步骤(4)获得的碳纳米管悬浮液滴加到多孔铝板上，真空抽滤30min，控制真空抽滤过程中的压强为0.1MPa；重复本步骤中前述操作5次，获得带有厚度为20μm的负载层的铝板，即碳纳米管/多孔铝单层复合板材。
(6)将50张步骤(5)获得的碳纳米管/多孔铝单层复合板材叠合在一起，最下层和最上层均为多孔铝板；然后预压至厚度为5.5mm后置于460℃下真空烧结60min；
(7)将步骤(6)烧结后获得的多层碳纳米管/多孔铝复合板材进行轧制处理：首先在轧制温度为300℃，轧制速度为0.1mm/s的工艺参数下进行热轧处理至2.0mm，每道次的压下量分别为：1.2、0.8、0.5、0.3、0.3、0.2、0.2mm。然后在常温，轧制速度为0.1mm/s的工艺参数下进行冷轧处理至1mm，每道次的压下量分别为：0.3、0.3、0.2、0.2mm，即得碳纳米管增强多层铝基复合材料。
经测试，本实施例制备的碳纳米管增强多层铝基复合材料的抗拉强度为287.6MPa，导电率56.87％IACS。
实施例5
一种碳纳米管增强多层铝基复合材料的制备方法，本实施例的目的是多孔铝基板(6063铝合金，其孔隙率为30％，孔径为10μm)制造碳纳米管增强多层铝基复合材料，包括如下步骤：
(1)将长度、宽度和厚度分别为60、30和0.5mm的6063多孔铝板放在50g/ml的氢氧化钠溶液中浸泡处理5min，取出后用浓度为68％的硝酸冲洗，最后经去离子水清洗后干燥；
(2)将步骤(1)获得的6063多孔铝板用2000#砂纸打磨，然后用去离子水冲洗后干燥，备用；
(3)将0.05g碳纳米管(长度为25μm，管径为30nm)放在体积比为3:1的浓硫酸与浓硝酸配制的混合酸中进行酸化处理8h，之后稀释成中性，并进行离心处理，得到酸化处理的碳纳米管，备用；
(4)用体积比为1:4的无水乙醇和丙酮配置成分散剂，取250ml，加入0.05g步骤(3)酸化处理后的碳纳米管，超声分散8h，获得碳纳米管悬浮液；
(5)将滤纸放在步骤(2)获得的多孔铝板下方，然后将步骤(4)获得的碳纳米管悬浮液滴加到多孔铝板上，真空抽滤60min，控制真空抽滤过程中的压强为0.01MPa；重复本步骤中前述操作5次，获得带有厚度为20μm的负载层的铝板，即碳纳米管/多孔铝单层复合板材。
(6)将20张步骤(5)获得的碳纳米管/多孔铝单层复合板材叠合在一起，最下层和最上层均为铝板；然后预压至厚度为8mm后置于400℃下真空烧结80min；
(7)将步骤(6)烧结后获得的多层碳纳米管/多孔铝复合板材进行轧制处理：首先在轧制温度为280℃，轧制速度为0.2mm/s的工艺参数下进行热轧处理至2.0mm，每道次的压下量分别为：1.5、1.2、1.2、0.8、0.5、0.3、0.3、0.2mm mm。然后在常温，轧制速度为0.1mm/s的工艺参数下进行冷轧处理至1mm，每道次的压下量分别为：0.3、0.3、0.2、0.2mm，即得碳纳米管增强多层铝基复合材料。
经测试，本实施例制备的碳纳米管增强多层铝基复合材料的抗拉强度为288.1MPa，导电率56.26％IACS。
实施例6
一种碳纳米管增强多层铝基复合材料的制备方法，本实施例的目的是多孔铝基板(6063铝合金，其孔隙率为30％，孔径为10μm)制造碳纳米管增强多层铝基复合材料，包括如下步骤：
(1)将长度、宽度和厚度分别为60、30和0.5mm的6063多孔铝板放在50g/ml的氢氧化钠溶液中浸泡处理5min，取出后用浓度为68％的硝酸冲洗，最后经去离子水清洗后干燥；
(2)将步骤(1)获得的6063铝合金板用2000#砂纸打磨，然后用去离子水冲洗后干燥，备用；
(3)将0.05g碳纳米管(长度为40μm，管径为25nm)放在体积比为3:1的浓硫酸与浓硝酸配制的混合酸中进行酸化处理6h，之后稀释成中性，并进行离心处理，得到酸化处理的碳纳米管，备用；
(4)用体积比为1:4的无水乙醇和丙酮配置成分散剂，取250ml，加入0.05g步骤(3)酸化处理后的碳纳米管，超声分散10h，获得碳纳米管悬浮液；
(5)将滤纸放在步骤(2)获得的多孔铝板下方，然后将步骤(4)获得的碳纳米管悬浮液滴加到多孔铝板上，真空抽滤1min，控制真空抽滤过程中的压强为1MPa；重复本步骤中前述操作5次，获得带有厚度为19μm的负载层的铝板，即碳纳米管/多孔铝单层复合板材。
(6)将20张步骤(5)获得的碳纳米管/多孔铝单层复合板材叠合在一起，最下层和最上层均为铝板；然后预压至厚度为8mm后置于440℃下真空烧结50min；
(7)将步骤(6)烧结后获得的多层碳纳米管/多孔铝复合板材进行轧制处理：首先在轧制温度为280℃，轧制速度为0.2mm/s的工艺参数下进行热轧处理至2.0mm，每道次的压下量分别为：1.5、1.2、1.2、0.8、0.5、0.3、0.3、0.2mm mm。然后在常温，轧制速度为0.1mm/s的工艺参数下进行冷轧处理至1mm，每道次的压下量分别为：0.3、0.3、0.2、0.2mm，即得碳纳米管增强多层铝基复合材料。
经测试，本实施例制备的碳纳米管增强多层铝基复合材料的抗拉强度为285.3MPa，导电率56.08％IACS。
试验例
一种多层铝基复合材料的制备方法，本实施例以非多孔铝基板(6063铝合金)为铝基板，包括如下步骤：
(1)将长度、宽度和厚度分别为60、30和0.1mm的6063多孔铝板放在50g/ml的氢氧化钠溶液中浸泡处理5min，取出后用浓度为68％的硝酸冲洗，最后经去离子水清洗后干燥。
(2)将步骤(1)获得的6063铝合金板用2000#砂纸打磨，然后用去离子水冲洗后干燥，备用；
(3)将50张步骤(2)获得的铝板材叠合在一起，然后预压至4.5mm。在460℃下真空烧结60min。
(4)将步骤(3)获得的产品进行轧制处理。首先在轧制温度为300℃，轧制速度为0.1mm/s的工艺参数下进行热轧处理至2.0mm，每道次的压下量分别为：1.2、0.8、0.5、0.3、0.3、0.2、0.2mm。然后再常温，轧制速度为0.1mm/s的工艺参数下进行冷轧处理至1mm，每道次的压下量分别为：0.3、0.3、0.2、0.2mm。
经测试，本实施例制备的多层铝基复合材料的抗拉强度为255MPa，导电率为51.85％IACS。可以看出，相对于试验例，实施例1得到的碳纳米管增强多层铝基复合材料的抗拉强度和导电率均获得了显著提升。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种碳纳米管增强多层铝基复合材料，其特征在于，包括：铝基板和碳纳米管；所述碳纳米管铺设在铝基板的表面形成碳纳米管层，并与铝基板共同形成单层复合铝基板，若干层所述复合铝基板交替堆垛，使碳纳米管层与铝基板交错排列，形成碳纳米管增强的多层铝基复合材料，所述碳纳米管层和铝基板之间具有扩散层。
2.如权利要求1所述的碳纳米管增强多层铝基复合材料，其特征在于，所述铝基板包括纯铝板和铝合金板。
3.如权利要求1所述的碳纳米管增强多层铝基复合材料，其特征在于，所述铝基板包括多孔铝板和非多孔铝板。
4.如权利要求1-3任一项所述的碳纳米管增强多层铝基复合材料，其特征在于，所述铝基板的厚度为0.1～2mm；
优选地，所述碳纳米管的长度为10～30μm，管径为8～50nm；
优选地，所述碳纳米管增强的多层铝基复合材料中，最下层和最上层均为铝基板。
5.如权利要求3所述的碳纳米管增强多层铝基复合材料，其特征在于，所述多孔铝板的孔隙率为10～40％，孔径大小为10～30μm。
6.一种碳纳米管增强多层铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将铝基板置于碱液中浸泡处理，完成后用酸液冲洗铝基板，然后去除铝基板表面的残留液后对铝基板进行干燥，最后对得到铝基板表面进行打磨预处理，备用；
用混合酸对碳纳米管进行酸化处理，然后将酸化后的碳纳米管制成碳纳米管悬浮液，备用；
(2)将步骤(1)的碳纳米管悬浮液置于步骤(1)打磨后的铝基板的表面，干燥后得到碳纳米管/铝单层复合板材；
(3)将步骤(2)获得的碳纳米管/铝单层复合板材交替堆垛，预压成形，然后进行真空烧结；
(4)将步骤(3)中真空烧结后的产品进行轧制处理，即得碳纳米管增强多层铝基复合材料。
7.如权利要求6所述的碳纳米管增强多层铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碱液为氢氧化钠溶液，所述酸液为硝酸溶液；
优选地，步骤(1)中，所述混合酸由浓硫酸和浓硝酸配制而成；
优选地，步骤(1)中，所述碳纳米管的酸化处理工艺为：将浓硫酸与浓硝酸按照体积比为(1～4)：1配置成混合酸，然后将该混合酸与碳纳米管混合进行酸化处理2～10h，完成后将混合液稀释成中性进行离心处理，即得酸化处理的碳纳米管；
优选地，步骤(1)中，所述碳纳米管悬浮液的制备方法为：将酸化后的碳纳米管置于分散剂中，然后超声，即得；
优选地，所述分散剂为体积比为1:(1～5)的无水乙醇和丙酮的混合液。
8.如权利要求6或7所述的碳纳米管增强多层铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，当所述铝基板为非多孔铝基板时，步骤(2)具体为：将铝基板置于碳纳米管悬浮液中浸泡0.5～5h，保持温度为25～50℃，晾干后再次置于碳纳米管悬浮液中浸泡或将碳纳米管悬浮液淋喷至铝基板上，重复本步骤的前述操作1～5次，在铝基板表面获得悬浮液负载层，然后采用蒸发法进行干燥：将带有悬浮液负载层的铝基板在70～150℃+真空条件下干燥3～12h，以便于除去分散剂，即得碳纳米管/铝单层复合板材；
优选地，步骤(2)中，当所述铝基板为非多孔铝基板时，步骤(2)具体为：将所述碳纳米管悬浮液滴加到步骤(1)打磨后的铝基板的表面，然后进行真空抽滤1～60min，控制真空抽滤过程中的压强为0.01～1MPa；重复本步骤的前述操作1～5次，即得碳纳米管/铝单层复合板材。
9.如权利要求8所述的碳纳米管增强多层铝基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述预压成形压下量为5～15％；
优选地，步骤(3)中，所述真空烧结的工艺参数为：温度350～500℃，保温时间10～120min；
优选地，步骤(4)中，所述轧制处理的工艺参数为：在250～400℃进行热轧处理，轧制速度为0.05～0.2m/s，首道次压下量为30％，之后每道次压下量为10～15％，总压下量为80％；将热轧后的产品在常温下进行冷轧处理，道次压下量为5％。
10.如权利要求1-5任一项所述的碳纳米管增强多层铝基复合材料和/或如权利要求6-9任一项所述的方法和/或如权利要求6-9任一项所述的方法制备的碳纳米管增强多层铝基复合材料在电力电缆、航空航天、军工领域中的应用。
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