CN113073237A - 一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法 - Google Patents

一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113073237A
CN113073237A CN202110300518.7A CN202110300518A CN113073237A CN 113073237 A CN113073237 A CN 113073237A CN 202110300518 A CN202110300518 A CN 202110300518A CN 113073237 A CN113073237 A CN 113073237A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon nano
nano tube
aluminum
based composite
foam material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110300518.7A
Other languages
English (en)
Inventor
杨旭东
胡春玲
成莹
冯晓琳
邹田春
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Civil Aviation University of China
Original Assignee
Civil Aviation University of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Civil Aviation University of China filed Critical Civil Aviation University of China
Priority to CN202110300518.7A priority Critical patent/CN113073237A/zh
Publication of CN113073237A publication Critical patent/CN113073237A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/02—Compacting only
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/1017—Multiple heating or additional steps
    • B22F3/1021—Removal of binder or filler
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/11—Making porous workpieces or articles
    • B22F3/1121—Making porous workpieces or articles by using decomposable, meltable or sublimatable fillers
    • B22F3/1134—Inorganic fillers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
    • C22C32/0084—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ carbon or graphite as the main non-metallic constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K9/00—Screening of apparatus or components against electric or magnetic fields
    • H05K9/0073—Shielding materials
    • H05K9/0081—Electromagnetic shielding materials, e.g. EMI, RFI shielding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C22C2026/002—Carbon nanotubes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

本发明涉及铝基复合泡沫材料制备技术领域，具体涉及一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法。制备方法包括以下步骤：将碳纳米管和两性离子表面活性剂置于乙醇溶液中超声分散，得到碳纳米管悬浮液；在搅拌过程中向得到的碳纳米管悬浮液中缓慢加入铝粉，搅拌至乙醇完全挥发后干燥，得复合粉末；将干燥后的复合粉末和研磨球放入球磨罐中，球磨时间为0.5～5h，得到碳纳米管/铝复合粉末；将碳纳米管/铝复合粉末和尿素颗粒均匀混合后置于冷压模具中，压制得到预制块，将预制块水浴溶解去除尿素颗粒后干燥、烧结，制得碳纳米管增强铝基复合泡沫材料。本发明所提供的制备过程简单、易操作，大大简化了制备工艺。

Description

一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备 方法
技术领域
本发明涉及铝基复合泡沫材料制备技术领域，具体涉及一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法。
背景技术
泡沫铝是一种集结构和功能于一体的新型材料，既具有轻质、高比强度和比刚度等力学性能，又具有电磁屏蔽、阻燃散热、隔音降噪和减振吸能等多种功能特性。材料本身的多孔效应使泡沫铝形成以反射损耗为主导的电磁屏蔽机制，但反射的电磁波会对环境造成二次污染，因此需要提高泡沫铝的吸收损耗。管径为纳米级的碳纳米管具有较低的密度和优异的力学性能、电学性能。将碳纳米管作为泡沫铝的增强相可有效提高泡沫铝对电磁波的衰减作用，并保障泡沫铝的力学性能，使其应用范围更加广阔。
针对碳纳米管增强铝基复合泡沫材料，目前其主流制备方法是粉末冶金法。该方法主要分为两步，首先是进行碳纳米管/铝复合粉末的制备，再结合直接吹气法、熔融发泡法或填加造孔剂法等成型方式进行铝基复合泡沫材料的制备。对于碳纳米管/铝复合粉末的制备方法，按照碳纳米管的来源可以将其分为两类：一是原位生长碳纳米管法，即在铝粉表面原位生长碳纳米管；二是非原位生长碳纳米管法，即先制备好碳纳米管，再将其与铝粉进行混合。
在采用非原位生长碳纳米管法制备碳纳米管/铝复合粉末时，多数是通过直接球磨法来实现碳纳米管和铝粉之间的混合。但采用该混合方式需要向复合粉末输入较高的能量才能达到良好的混合效果，即需要高转速、长时间的球磨，因此会对碳纳米管的结构完整性造成破坏，严重影响铝基复合泡沫性能的提高。
公开号为CN107217176A的专利中提出了通过加入一定比例的铁磁性材料来制备高电磁屏蔽性能的泡沫铝材。公开号为CN109881036A的专利中提出了通过分步复合加入镁块和空心陶瓷微球的方式来制备用于电磁屏蔽的铝基复合泡沫材料。公开号为CN107083526A的专利中提到了通过加入硅化镁、氧化镧、氧化铁等物质来改善泡沫铝材料的电磁屏蔽性能。这些专利都是采用发泡法来成型泡沫材料。但通过该成型方法制得的泡沫铝的孔隙率和孔径较难精准控制，会造成泡沫铝性能不稳定的问题，不利于在对质量和性能要求较高的条件下使用，限制了泡沫铝的适用范围。因此，提供一种可实现孔径均匀、具有优异的电磁屏蔽性能并兼具良好力学性能的铝基复合泡沫材料是本领域需要解决的技术问题。
发明内容
针对上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种可实现孔径均匀、电磁屏蔽性能优异且兼具良好力学性能的铝基复合泡沫材料的制备方法。
一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纳米管和两性离子表面活性剂置于乙醇溶液中超声分散，得到碳纳米管悬浮液；
(2)在搅拌过程中向得到的碳纳米管悬浮液中缓慢加入铝粉，搅拌至乙醇完全挥发后干燥，得复合粉末；
(3)将干燥后的复合粉末和研磨球放入球磨罐中，球磨时间为0.5～5h，得到碳纳米管/铝复合粉末；
(4)将碳纳米管/铝复合粉末和尿素颗粒均匀混合后置于冷压模具中，压制得到预制块，将预制块水浴溶解去除尿素颗粒后干燥、烧结，制得碳纳米管增强铝基复合泡沫材料。
具体的，步骤(1)中超声能量为300～800W，超声时间为30～120min；步骤(2)中在温度为60～90℃下进行磁力搅拌直至乙醇完全挥发，在温度为60～90℃中干燥3～8h；步骤(3)中球磨时用氩气做保护气，球料比为10～15:1球磨转速为300～600rpm；步骤(4)中冷压压力为300～600MPa，保压时间240～600s，水浴温度为70～90℃，烧结温度为630～670℃，保温2～4h。
进一步的，一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，所用原料如下：
所述两性离子表面活性剂与碳纳米管质量分数比为(0.5～8)wt％:1；
所述碳纳米管和乙醇的比例为1g:(150～300)ml；
所述碳纳米管/铝复合粉末和尿素的质量比为0.2～3.2:1。
进一步的，所述两性离子表面活性剂为磺基甜菜碱型两性离子表面活性剂。
在使用两性离子表面活性剂和填加造孔剂法制备铝基复合泡沫材料过程中引入短时球磨工艺。通过两性离子表面活性剂的使用，使碳纳米管均匀地分散并吸附在铝粉表面，然后通过短时间的球磨，在铝粉不断断裂粘结过程中，两性离子表面活性剂和碳纳米管被逐步嵌入到了铝基体内部。再者，两性离子表面活性剂用量极少，在嵌到铝基体后，避免了试样由于其水溶性而在填加造孔剂法的水浴阶段出现开裂，且短时球磨也进一步提高了碳纳米管在铝粉中的分散性。最后通过填加造孔剂法制备孔径、孔隙率可控的泡沫材料。该碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法简易且能够实现碳纳米管的均匀分散和保持碳纳米管的结构完整性，以及能够使碳纳米管与铝之间具有良好的界面结合性。
进一步的，所述碳纳米管的管直径为10～50nm、长度为1～10μm，所述铝粉的粒径为20～200μm，所述尿素颗粒的粒径为0.3～3mm。
进一步的，所述碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的孔隙率为40～90％；泡沫孔形状为球形，孔径大小为0.3～3mm。
本发明制备的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料，有以下的有益效果：
(1)本发明的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料，通过使用两性离子表面活性剂、短时球磨工艺和填加造孔剂法，具有良好的三维网状骨架结构，且试样的孔隙率和孔径稳定。本发明所提供的制备过程简单、易操作，大大简化了制备工艺。
(2)本发明的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备过程中，借助两性离子表面活性剂一种试剂即可完成碳纳米管的均匀分散和在铝粉表面的吸附。因此，只需要短时间的球磨就可以进一步促进碳纳米管在铝基体中的分散，保持了碳纳米管结构的完整性，并使二者之间形成良好的界面结合。
(3)碳纳米管很好地发挥了力学强化作用和对电磁波的衰减作用。通过本发明制备的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的屈服强度可达到20～25MPa，平台应力可达18～22MPa，在不同应变下吸能量可达到15～20MJ/m3，且在X波段下吸收损耗占比达到61％，屏蔽效能可达到30～40dB，大大提高了泡沫铝的电磁屏蔽性能并减小了对环境的二次污染。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为两性离子表面活性剂与碳纳米管质量分数比为0.1wt％:1、0.5wt％:1、5wt％:1和15wt％:1的碳纳米管增强铝基复合泡沫的压缩应力应变曲线图；
图2为本发明的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的实物图；
图3为本发明实施例1制得的碳纳米管质量分数为2.0wt％的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料和纯铝泡沫的工程应力-应变性能对比曲线图；
图4为本发明实施例1制得的碳纳米管质量分数为2.0wt％的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料和纯铝泡沫的吸能性能对比曲线图；
图5为本发明实施例1制得的碳纳米管质量分数为2.0wt％的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料和纯铝泡沫的电磁屏蔽效能-电磁波频率对比曲线图；
图6为本发明实施例1制得的碳纳米管质量分数为2.0wt％的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料和纯铝泡沫的平均反射损耗和平均吸收损耗对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
两性离子表面活性剂自带阴阳头基，通过静电吸引来完成碳纳米管在铝粉表面的均匀分散和吸附，可以避免引入辅助剂。
具体的，本发明中两性离子表面活性剂与碳纳米管质量分数比为(0.5～8)wt％:1。所述两性离子表面活性剂的用量增加时，碳纳米管在铝基体中的分散性会提高，而碳纳米管/铝复合粉末所需的球磨能量会越多，其结构完整性会降低。随着两性离子表面活性剂用量的增加，碳纳米管增强铝基复合泡沫的力学性能有所下降。
如图1所示，设置两性离子表面活性剂与碳纳米管质量分数比为0.1wt％:1、0.5wt％:1、5wt％:1和15wt％:1，随着两性离子表面活性剂用量的增加，碳纳米管增强铝基复合泡沫的力学性能有所下降。因此，为发挥出CNTs的强化作用，并考虑到原料成本，本发明控制两性离子表面活性剂与碳纳米管质量分数比为(0.5～8)wt％:1。
实施例1
一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将管径30～50nm、长度2～5μm的碳纳米管0.9g和3-磺酸基十四烷基二甲基铵0.045g置于乙醇180ml溶液中，在超声能量为600W的条件下超声120min进行分散；
(2)在磁力搅拌过程中向得到的碳纳米管悬浮液中缓慢加入粒径为50～75μm的铝粉29.1g，使用加热式磁力搅拌器，在温度为80℃的条件下进行磁力搅拌直至乙醇完全挥发。转至温度在80℃的干燥箱中干燥6h；
(3)将干燥后的复合粉末和研磨球放入球磨罐中，球料比为10:1。在氩气保护气氛中球磨，在球磨转速为500rpm条件下球磨2h得到碳纳米管/铝复合粉末；
(4)将均匀混合的碳纳米管/铝复合粉末13.25g和粒径2.0～2.5mm的尿素颗粒9.83g置于冷压模具中，在冷压压力为500MPa、保压时间280s的条件下利用冷压圆柱进行压制得到圆柱形预制块，将预制块通过80℃水浴溶解去除造孔剂尿素颗粒，而后对其进行干燥并在氩气保护气氛、烧结温度为660℃条件下保温3h，制得孔隙率为60％的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料，如图2所示。
由图3和图4可以看出，本实施例制得的铝基复合泡沫材料具有较好的力学性能和吸能性能。屈服强度、平台应力和吸能值分别是纯泡沫铝的200％、112％和113％。由图5和图6可以看出，对于本实施例制得的铝基复合泡沫材料，碳纳米管的加入使泡沫铝对电磁波的吸收损耗大幅提高，反射损耗得到减小，整体电磁屏蔽性能提高。其中，吸收损耗是纯泡沫铝的188％，反射损耗是纯泡沫铝的82％，整体屏蔽性能是纯泡沫铝的125％。
实施例2
一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将管径30～50nm、长度2～4μm的碳纳米管0.6g和3-磺丙基十四烷基二甲基铵0.030g置于乙醇120ml溶液中，在超声能量为600W的条件下超声60min进行分散；
(2)在磁力搅拌过程中向得到的碳纳米管悬浮液中缓慢加入粒径为75～100μm的铝粉29.4g，使用加热式磁力搅拌器，在温度为60℃的条件下进行磁力搅拌直至乙醇完全挥发。转至温度在60℃的干燥箱中干燥8h；
(3)将干燥后的复合粉末和研磨球放入球磨罐中，球料比为15:1。在氩气保护气氛中球磨，在球磨转速为400rpm条件下球磨3.5h得到碳纳米管/铝复合粉末；
(4)将均匀混合的碳纳米管/铝复合粉末13.25g和粒径2.0～2.5mm的尿素颗粒9.83g置于冷压模具中，在冷压压力为500MPa、保压时间300s的条件下利用冷压圆柱进行压制得到圆柱形预制块，将预制块通过90℃水浴溶解去除造孔剂尿素颗粒，而后对其进行干燥并在氩气保护气氛、烧结温度为650℃条件下保温3h，制得孔隙率为60％的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料。
实施例3
一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将管径10～30nm、长度1～2μm的碳纳米管0.6g和3-磺丙基十四烷基二甲基铵0.030g置于乙醇120ml溶液中，在超声能量为600W的条件下超声60min进行分散；
(2)在磁力搅拌过程中向得到的碳纳米管悬浮液中缓慢加入粒径为30-80μm的铝粉29.4g，使用加热式磁力搅拌器，在温度为70℃的条件下进行磁力搅拌直至乙醇完全挥发。转至温度在70℃的干燥箱中干燥7h；
(3)将干燥后的复合粉末和研磨球放入球磨罐中，球料比为10:1。在氩气保护气氛中球磨，在球磨转速为500rpm的条件下球磨1.5h得到碳纳米管/铝复合粉末；
(4)将均匀混合的碳纳米管/铝复合粉末9.94g和粒径1.6～2.0mm的尿素颗粒11.46g置于冷压模具中，在冷压压力为500MPa、保压时间300s的条件下利用冷压圆柱进行压制得到圆柱形预制块，将预制块通过90℃水浴溶解去除造孔剂尿素颗粒，而后对其进行干燥并在氩气保护气氛、烧结温度为650℃条件下保温3h，制得孔隙率为70％的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料。
实施例4
一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将管径10～40nm、长度2～3μm的碳纳米管0.45g和3-磺丙基十四烷基二甲基铵0.022g置于乙醇90ml溶液中，在超声能量为500W的条件下超声90min进行分散；
(2)在磁力搅拌过程中向得到的碳纳米管悬浮液中缓慢加入粒径为60-120μm的铝粉29.55g，使用加热式磁力搅拌器，在温度为70℃的条件下进行磁力搅拌直至乙醇完全挥发。转至温度在80℃的干燥箱中干燥5h；
(3)将干燥后的复合粉末和研磨球放入球磨罐中，球料比为12:1。在氩气保护气氛中球磨，在球磨转速为500rpm的条件下球磨1.2h得到碳纳米管/铝复合粉末；
(4)将均匀混合的碳纳米管/铝复合粉末16.56g和粒径1.6～2.0mm的尿素颗粒8.19g置于冷压模具中，在冷压压力为450MPa、保压时间400s的条件下利用冷压圆柱进行压制得到圆柱形预制块，将预制块通过85℃水浴溶解去除造孔剂尿素颗粒，而后对其进行干燥并在氩气保护气氛、烧结温度为650℃条件下保温4h，制得孔隙率为50％的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料。
实施例5
一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将管径10～30nm、长度1～2μm的碳纳米管0.75g和3-磺丙基十四烷基二甲基铵0.038g置于乙醇150ml溶液中，在超声能量为800W的条件下超声30min进行分散；
(2)在磁力搅拌过程中向得到的碳纳米管悬浮液中缓慢加入粒径为80～140μm的铝粉29.25g，使用加热式磁力搅拌器，在温度为80℃的条件下进行磁力搅拌直至乙醇完全挥发。转至温度在70℃的干燥箱中干燥8h；
(3)将干燥后的复合粉末和研磨球放入球磨罐中，球料比为10:1。在氩气保护气氛中球磨，在球磨转速为450rpm的条件下球磨3h得到碳纳米管/铝复合粉末；
(4)将均匀混合的碳纳米管/铝复合粉末6.63g和粒径0.8～1.6mm的尿素颗粒13.10g置于冷压模具中，在冷压压力为400MPa、保压时间500s的条件下利用冷压圆柱进行压制得到圆柱形预制块，将预制块通过90℃水浴溶解去除造孔剂尿素颗粒，而后对其进行干燥并在氩气保护气氛、烧结温度为670℃条件下保温2h，制得孔隙率为80％的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料。
实施例6
一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将管径10～50nm、长度1～2μm的碳纳米管0.75g和3-磺丙基十四烷基二甲基铵0.038g置于乙醇120ml溶液中，在超声能量为800W的条件下超声30min进行分散；
(2)在磁力搅拌过程中向得到的碳纳米管悬浮液中缓慢加入粒径为100～200μm的铝粉29.25g，使用加热式磁力搅拌器，在温度为70℃的条件下进行磁力搅拌直至乙醇完全挥发。转至温度在70℃的干燥箱中干燥7h；
(3)将干燥后的复合粉末和研磨球放入球磨罐中，球料比为10:1。在氩气保护气氛中球磨，在球磨转速为500rpm的条件下球磨1.7h得到碳纳米管/铝复合粉末；
(4)将均匀混合的碳纳米管/铝复合粉末3.32g和粒径0.8～1.2mm的尿素颗粒14.74g置于冷压模具中，在冷压压力为500MPa、保压时间600s的条件下利用冷压圆柱进行压制得到圆柱形预制块，将预制块通过90℃水浴溶解去除造孔剂尿素颗粒，而后对其进行干燥并在氩气保护气氛、烧结温度为650℃条件下保温3h，制得孔隙率为90％的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料。
实施例7
一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将管径30～50nm、长度4～6μm的碳纳米管2.25g和3-磺酸基十四烷基二甲基铵0.045g置于乙醇337.5ml溶液中，在超声能量为600W的条件下超声120min进行分散；
(2)在磁力搅拌过程中向得到的碳纳米管悬浮液中缓慢加入粒径为100～125μm的铝粉29.1g，使用加热式磁力搅拌器，在温度为80℃的条件下进行磁力搅拌直至乙醇完全挥发。转至温度在80℃的干燥箱中干燥6h；
(3)将干燥后的复合粉末和研磨球放入球磨罐中，球料比为10:1。在氩气保护气氛中球磨，在球磨转速为500rpm条件下球磨3h得到碳纳米管/铝复合粉末；
(4)将均匀混合的碳纳米管/铝复合粉末7.864g和粒径2.0～2.5mm的尿素颗粒9.83g置于冷压模具中，在冷压压力为500MPa、保压时间450s的条件下利用冷压圆柱进行压制得到圆柱形预制块，将预制块通过85℃水浴溶解去除造孔剂尿素颗粒，而后对其进行干燥并在氩气保护气氛、烧结温度为660℃条件下保温3h，制得孔隙率为72％的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料。
实施例8
一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将管径20～40nm、长度4～9μm的碳纳米管0.563g和3-磺酸基十四烷基二甲基铵0.045g置于乙醇132.5ml溶液中，在超声能量为700W的条件下超声120min进行分散；
(2)在磁力搅拌过程中向得到的碳纳米管悬浮液中缓慢加入粒径为75～150μm的铝粉29.1g，使用加热式磁力搅拌器，在温度为80℃的条件下进行磁力搅拌直至乙醇完全挥发。转至温度在80℃的干燥箱中干燥6h；
(3)将干燥后的复合粉末和研磨球放入球磨罐中，球料比为12:1。在氩气保护气氛中球磨，在球磨转速为600rpm条件下球磨5h得到碳纳米管/铝复合粉末；
(4)将均匀混合的碳纳米管/铝复合粉末22.5g和粒径2.0～2.5mm的尿素颗粒7.5g置于冷压模具中，在冷压压力为500MPa、保压时间500s的条件下利用冷压圆柱进行压制得到圆柱形预制块，将预制块通过90℃水浴溶解去除造孔剂尿素颗粒，而后对其进行干燥并在氩气保护气氛、烧结温度为660℃条件下保温3h，制得孔隙率为40％的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料。
本发明制得的泡沫铝的孔隙率为40～90％；泡孔形状为球形，孔径大小为0.3～3mm。由本发明制备的铝基复合泡沫材料宏观表面无裂纹，成型效果好。通过本发明制备的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的屈服强度可达到20～25MPa，平台应力可达18～22MPa，在不同应变下吸能量可达到15～20MJ/m3，且在X波段下吸收损耗占比达到61％，屏蔽效能可达到30～40dB，大大提高了泡沫铝的电磁屏蔽性能并减小了对环境的二次污染。本发明所提供的制备过程简单、易操作，大大简化了制备工艺。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (9)

1.一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将碳纳米管和两性离子表面活性剂置于乙醇溶液中超声分散，得到碳纳米管悬浮液；
(2)在搅拌过程中向得到的碳纳米管悬浮液中缓慢加入铝粉，搅拌至乙醇完全挥发后干燥，得复合粉末；
(3)将干燥后的复合粉末和研磨球放入球磨罐中，球磨时间为0.5～5h，得到碳纳米管/铝复合粉末；
(4)将碳纳米管/铝复合粉末和尿素颗粒均匀混合后置于冷压模具中，压制得到预制块，将预制块水浴溶解去除尿素颗粒后干燥、烧结，制得碳纳米管增强铝基复合泡沫材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，
所述两性离子表面活性剂与碳纳米管质量分数比为(0.5～8)wt％:1；
所述碳纳米管和乙醇的比例为1g:(150～300)ml；
所述碳纳米管/铝复合粉末和尿素的质量比为(0.2～3.2):1。
3.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述两性离子表面活性剂为磺基甜菜碱型两性离子表面活性剂。
4.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管的管直径为10～50nm、长度为1～10μm，所述铝粉的粒径为20～200μm，所述尿素颗粒的粒径为0.3～3mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的孔隙率为40～90％；泡沫孔形状为球形，孔径大小为0.3～3mm。
6.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中超声能量为300～800W，超声时间为30～120min。
7.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中在温度为60～90℃下进行磁力搅拌直至乙醇完全挥发，在温度为60～90℃中干燥3～8h。
8.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中球磨时用氩气做保护气，球料比为10～15:1，球磨转速为300～600rpm。
9.根据权利要求1所述的一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤(4)中冷压压力为300～600MPa，保压时间240～600s，水浴温度为70～90℃，烧结温度为630～670℃，保温2～4h。
CN202110300518.7A 2021-03-22 2021-03-22 一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法 Pending CN113073237A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110300518.7A CN113073237A (zh) 2021-03-22 2021-03-22 一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110300518.7A CN113073237A (zh) 2021-03-22 2021-03-22 一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113073237A true CN113073237A (zh) 2021-07-06

Family

ID=76613544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110300518.7A Pending CN113073237A (zh) 2021-03-22 2021-03-22 一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113073237A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114941093A (zh) * 2022-06-30 2022-08-26 南京工业职业技术大学 一种MXene/CNT增强铝合金及其制备方法
CN115029575A (zh) * 2022-07-06 2022-09-09 河北大学 一种梯度多孔复合材料的原位制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100117252A1 (en) * 2008-11-10 2010-05-13 John Bourque Solid composition having enhanced physical and electrical properties
CN104745976A (zh) * 2015-03-27 2015-07-01 中国民航大学 碳纳米管增强泡沫铝基复合材料的制备方法
FR3018806A1 (fr) * 2014-03-18 2015-09-25 Nexans Procede de fabrication d'un materiau composite
CN107675015A (zh) * 2017-10-11 2018-02-09 中国民航大学 一种闭孔CNTs/Al‑Si复合泡沫材料及其制备方法
CN109175374A (zh) * 2018-08-19 2019-01-11 天津大学 碳纳米管增强的泡沫铝填充铝合金管复合结构的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100117252A1 (en) * 2008-11-10 2010-05-13 John Bourque Solid composition having enhanced physical and electrical properties
FR3018806A1 (fr) * 2014-03-18 2015-09-25 Nexans Procede de fabrication d'un materiau composite
CN104745976A (zh) * 2015-03-27 2015-07-01 中国民航大学 碳纳米管增强泡沫铝基复合材料的制备方法
CN107675015A (zh) * 2017-10-11 2018-02-09 中国民航大学 一种闭孔CNTs/Al‑Si复合泡沫材料及其制备方法
CN109175374A (zh) * 2018-08-19 2019-01-11 天津大学 碳纳米管增强的泡沫铝填充铝合金管复合结构的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
姜兆华等: "《应用表面化学》", 31 August 2018, 哈尔滨工业大学出版社 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114941093A (zh) * 2022-06-30 2022-08-26 南京工业职业技术大学 一种MXene/CNT增强铝合金及其制备方法
CN115029575A (zh) * 2022-07-06 2022-09-09 河北大学 一种梯度多孔复合材料的原位制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113073237A (zh) 一种用于电磁屏蔽的碳纳米管增强铝基复合泡沫材料的制备方法
WO2022148460A1 (zh) 纤维复合气凝胶材料及其制备方法和应用
WO2021120636A1 (zh) 3D打印制备碳纤维增强SiC陶瓷基复合材料的方法
CN107673773B (zh) 石墨烯改性炭纤维增强碳化硅复合材料的制备方法
CN108178930B (zh) 一种电磁屏蔽用硅橡胶纳米复合材料及其制备方法
CN104637566B (zh) 一种金属/石墨烯复合材料及其制备方法和应用
Liu et al. Wood biomass-derived carbon for high-performance electromagnetic wave absorbing and shielding
US5863846A (en) Rigidized fibrous ceramic insulation
CN105859318A (zh) 短纤维-碳化硅纳米纤维增强碳化硅多孔陶瓷材料及其制备方法
CN101254449A (zh) 氧化物纳米线增强透明气凝胶块体材料的制备方法
Zhou et al. Excellent flame retardant and thermal insulated palygorskite/wood fiber composite aerogels with improved mechanical properties
CN111793757B (zh) 一种利用空心微球制备多孔铝合金的方法
JP7255911B2 (ja) 溶媒の可塑化および発泡によるエアロゲル材料の製造方法
CN115124363B (zh) 一种耐高温超轻质陶瓷纤维多孔弹性体材料及其制备方法和应用
Chadha et al. Bioinspired techniques in freeze casting: a survey of processes, current advances, and future directions
Tang et al. Mechanical-electromagnetic integration design of Al2O3/SiO2 ceramic cellular materials fabricated by digital light processing
CN114195539A (zh) 一种SiC/PyC纳米线增强Al2O3耐高温吸波陶瓷及其制备方法
EP2719485A1 (en) Foam material and method for the preparation thereof
CN108609606A (zh) 一种炭气凝胶隔热材料的制备方法
CN109096526B (zh) 一种氧化石墨烯气凝胶、还原氧化石墨烯气凝胶及其制备方法和应用
CN101560097A (zh) AlN/C复合泡沫材料及其制备方法
CN111841457A (zh) 一种金属离子/磷酸锆气凝胶及其制备方法与复合相变储能材料
WO2023193412A1 (zh) 一种吸声承载一体化结构及其制备方法
CN112500181A (zh) 氧化硅短纤维模压陶瓷天线窗复合材料及其制备方法
CN109650933B (zh) 一种多孔Co3O4/Al2SiO5低密度吸波型复相陶瓷及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20210706