CN116179885A - 一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法 - Google Patents

一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及超高压电设备技术领域，公开了一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法；该方法包括以下步骤：（1）将碳纳米管热处理后制成热处理碳纳米管，将热处理碳纳米管酸处理制成纯化碳纳米管；（2）将石英砂与焦炭焙烧制成碳化硅粗品将碳化硅粗品，再将碳化硅粗品进行纯化处理制成纯化碳化硅；（3）将纯化碳纳米管、纯化碳化硅以及与铝粉球磨处理制成碳纳米管‑碳化硅‑铝复合材料；（4）将碳纳米管‑碳化硅‑铝复合材料进行电磁搅拌熔炼处理制成碳硅铝合金；（5）将碳硅铝合金煅铸制成轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头；该方法工艺简单、设备简单、成本低且制得绝缘操作杆工作头机械强度显著提高。

Description

一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制 备方法
技术领域
本发明涉及超高压电设备技术领域，尤其是涉及一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法。
背景技术
绝缘操作杆由工作头、绝缘杆以及握柄三部分构成，工作头在安装时处于操作杆的最前端，其重量的大小对于使用者的使用手感有较大的影响，若操作头的重量较重在使用时。操作杆容易出现弯折抓不稳的现象，因此轻质化是绝缘操作杆工作头的制备工艺中的重要指标，此外，由于操作杆在使用时常起到支撑连接的作用，因此高强度同样也是绝缘操作杆工作头的制备工艺中一项重要的指标。
为了满足轻质高强的需求，现有技术中的工作头一般为6系铝合金铸造而成，6系铝合金为Al-Mg-Si系可热处理强化的铝合金，Mg2Si质量分数一般为0.8～1.2％，该类合金固溶处理温度高，淬火敏感性低，具有非常好的成型性，可以在压力机上实现在线淬火，虽然6系铝合金具备轻质的性能但其冲击和抗拉强度中等。目前以碳化硅颗粒对和铝制成的碳硅铝合金具有在轻质化性能的基础上强度也逐渐提升，如SiCp/2024Al系复合材料抗拉强度可提升20％，同时还具有良好的高温稳定性，再如15％ SiC/2009复合材料以及25％SiC/6092具备高强度和高韧性。但上述铝合金材料的材料强度还有待提高。
发明内容
为了克服现有技术中绝缘操作杆工作头制备工艺制成的工作头的强度低的问题，提供了一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法，该方法通过对纳米碳纳米管和碳化硅进行预处理，使碳纳米管和碳化硅混合增强颗粒能够充分分散在铝基体中，再通过特定的球磨工艺、熔炼精制工艺以及煅铸工艺制成轻质高强铝合金高压输电线路绝缘操作杆工作头，该工艺制得的产品机械强度显著提高。
本发明的具体技术方案为：
一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳纳米管热处理后制成热处理碳纳米管，将热处理碳纳米管酸处理制成纯化碳纳米管；
(2)将石英砂与焦炭焙烧制成碳化硅粗品将碳化硅粗品，再将碳化硅粗品进行纯化处理制成纯化碳化硅，所述纯化处理包括高温氧化处理；
(3)将纯化碳纳米管、纯化碳化硅以及与铝粉球磨处理制成碳纳米管-碳化硅-铝复合材料；(4)将碳纳米管-碳化硅-铝复合材料进行电磁搅拌熔炼处理制成碳硅铝合金；
(5)将碳硅铝合金煅铸制成轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头
本申请提供了一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法，该方法依次包括纳米碳纳米管纯化、碳化硅纯化、碳纳米管-碳化硅-铝复合材料制备、电磁搅拌熔炼处理以及煅铸工艺五个步骤。
纳米碳纳米管纯化的目的是：去除催化剂颗粒、去除其他形态的杂质碳以及去除碳纳米管生长过程中的结构缺陷，采用热处理可以将碳纳米管中的无定形碳去除，采用酸处理能够除去金属催化剂杂质，通过对纳米碳纳米管进行纯化后，能够有效改善碳纳米管之间的团聚现象，显著提高碳纳米管的分散性。
碳化硅纯化的目的是：去除碳化硅粗品中的游离碳和少年游离的杂质(氧化铁、硅、石英砂、Fe、Mn、Ni、V)，其中碳杂质在铝合金中会形成脆性相Al4C3，脆性相Al4C3会导致合金的强度降低，因此，控制铝合金中的Al4C3含量对提升铝合金的强度具有重要影响。
碳纳米管-碳化硅-铝复合材料制备采用球磨处理，在球磨介质的反复冲撞下，碳纳米管、碳化硅以及铝粉末承受冲击、剪切、摩擦和压缩等多种力的共同作用，经历了反复的挤压、冷焊合及粉碎，此过程中纯化碳纳米管和纯化碳化硅被弥散分布在铝粉表面或嵌入了焊合的铝粉内。对于铝合金基体，高能球磨在分散碳纳米管的同时，各元素粉末间发生机械合金化，最终形成碳纳米管-碳化硅-铝复合材料。
本申请选用工艺简单、设备简单、成本低的电磁搅拌熔炼处理工艺，并确定了最佳的电磁搅拌条件和熔炼精制条件，熔炼过程中铝合金基体和碳纳米管-碳化硅增强体在电磁搅拌条件和熔炼精制条件对碳硅铝合金的合成具有重要影响，温度较低时，铝合金液与碳纳米管-碳化硅增强体间的润湿角较大，两者结合力不足，导致最终的碳硅铝合金的强度较低，而温度较高是容易生成脆相的Al4C3，脆相的Al4C3的积累会导致恶化复合材料的性能。搅拌时间对碳纳米管-碳化硅增强体在铝合金液的分散性影响较高，时间较短时，固溶相中的分散状态差，存在较多的团聚体，搅拌时间过长时，对分散性提升不显著。此外，碳纳米管-碳化硅增强体的体积分数对其在铝基体中的分散性影响也较大，碳纳米管-碳化硅增强体的体积分数过大则会导致分散不均，过小则会导致颗粒发生团聚。
本申请中的锻造工艺采用了热锻压的锻造工艺，该工艺显著提高了碳硅铝合金的抗拉强度和延伸率，上述提升的主要原因是：改善了碳纳米管-碳化硅混合颗粒分布的均匀性，提高了碳纳米管-碳化硅混合增强颗粒与铝基体的界面结合强度，铸态复合材料存在明显的颗粒聚集现象，因此在拉伸过程中容易断裂，强度和延伸率均很低，通过热锻压后的碳硅铝材料中的碳纳米管-碳化硅混合增强颗粒分布会更加均匀，此外，颗粒增强复合材料的强化主要依靠载荷从基体向增强体颗粒的传递，颗粒是载荷的主要承载者，而载荷的传递是通过两者的界面来完成的，碳纳米管-碳化硅混合增强颗粒与铝基体的界面结合强度界面结合强度的提高，有助于提高碳纳米管-碳化硅增强体对碳硅铝合金的强度与延伸强度的增强作用。
热锻压过程中变形量以及加热条件对材料的性能起着重要的作用，不同温度不同变形量的条件下，碳硅铝合金内部的晶粒形貌会出现差异，在出现形变时晶粒会存在被拉长、破碎和形成亚晶粒等状态，变形温度过高会诱导合金发生再结晶，不利于保持变形态组织，影响合金的使用性能。如果变形温度超过了合金的过烧点，那么合金的组织得到破坏，合金的塑性和力学性能都会明显下降。温度过低，合金的塑性较差，不能出现有效变形从而发生断裂。
作为优选，步骤(1)中所述碳纳米管为多壁碳纳米管，所述碳纳米管长为5～15μm，管径为20～30nm；本申请中的纳碳纳米管选用长而细大长径比形态，通常碳纳米的长径比对其分散性有较大的影响，短而粗的小长径比碳纳米管分散性较高，但其对合金的性能的提升不显著，而长而细的大长径比碳纳米管虽然能够显著提升合金性能，但其分散性能低，本申请的纳米碳纳米管经过预处理和球磨处理后在合金中能够显著的呈现高分散性和有效截面结合性。
作为优选，步骤(2)中所述高温氧化处理条件为：温度为700～900℃，保温时间3～10h，所述纯化处理还包括超声清洗、水洗、干燥以及筛分；本申请中的高温氧化处理经过严格的试验筛选获得，氧化温度过低，导致氧化率和氧化层厚度不足，最终制得的成品材料的松散状态占比显著高于聚集状态，颗粒结构容易出现松散，而温度过高，最终制得的成品的氧化率没有显著增加，且颗粒会出现烧结现象影响颗粒质量。
作为优选，步骤(3)中所述球磨处理条件为：所述球磨时间为3～12h。
作为优选，步骤(3)中所述碳纳米管-碳化硅-铝复合材料中碳纳米管-碳化硅的总增强体的含量为2～15％。
作为优选，步骤(4)中所述碳纳米管-碳化硅-铝复合材料中的碳化硅的粒径为15～300μm。
作为优选，步骤(4)中所述电磁搅拌熔炼处理的依次包括初熔融处理和电磁搅拌熔融处理。
作为优选，所述初熔融条件为：将碳纳米管-碳化硅-铝复合材料置于710℃坩埚中再升温至720℃熔化，熔化后除渣并降温至710℃保温5min，再使用六氯乙烷处理10min。
作为优选，所述电磁搅拌熔融条件为：电磁搅拌频率为6Hz，电流强度为450A，搅拌温度为690～710℃，熔融时间大于60min。
作为优选，步骤(5)中所述煅铸条件依次包括初锻造、回火以及终锻造，所述初锻造温度为430℃，所述终锻造条件为380℃，所述碳硅铝合金的锻造变形量为40～60％。
与现有技术相比，本申请具有以下技术效果：
(1)本申请提供的制备方法工艺简单、设备简单、成本低；
(2)本申请提供的制备方法中通过碳纳米管-碳化硅增强体对碳硅铝合金的机械强度进行增强，通过对碳纳米管纯化工艺、碳化硅纯化工艺、碳纳米管-碳化硅-铝复合材料制备工艺、电磁搅拌熔炼处理以及煅铸工艺的工艺条件的优化使碳纳米管、碳化硅以及铝基体的三者形成机械性能显著增加的碳硅铝合金。
附图说明
图1是本发明的未纯化碳纳米管和纯化碳纳米管扫描电镜图。
图2是本发明的氧化温度800℃保温时间8h的碳化硅扫描电镜图。
图3是本发明的不同球磨时间的碳纳米管-碳化硅-铝复合体的扫描电镜图。
图4是本发明的不同碳化硅粒径的碳硅铝合金的拉伸曲线。
图5是本发明的不同变形量/锻造温度下的碳硅铝合金锻铸件的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1：
一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法，包括以下步骤：
(1)将碳纳米管热处理后制成热处理碳纳米管，将热处理碳纳米管酸处理制成纯化碳纳米管，碳纳米管为多壁碳纳米管；
(2)将石英砂与焦炭焙烧制成碳化硅粗品，将碳化硅粗品依次进行超声清洗、水洗、干燥、高温氧化处理以及筛分制成纯化碳化硅；
(3)将纯化碳纳米管、纯化碳化硅以及铝粉球磨处理制成碳纳米管-碳化硅-铝复合材料；
(4)将碳纳米管-碳化硅-铝复合材料进行电磁搅拌熔炼处理制成碳硅铝合金；电磁搅拌熔炼处理的依次包括初熔融处理和电磁搅拌熔融处理；初熔融条件为：将碳纳米管-碳化硅-铝复合材料置于710℃坩埚中再升温至720℃熔化，熔化后除渣并降温至710℃保温5min，再使用六氯乙烷处理10min；电磁搅拌熔融条件为：电磁搅拌频率为6Hz，电流强度为450A，搅拌温度为690℃，熔融时间60min；
(5)将碳硅铝合金煅铸制成轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头，煅铸条件依次包括初锻造、回火以及终锻造，初锻造温度为430℃，终锻造条件为380℃，碳硅铝合合金的锻造变形量为40％。
实施例2：(高温氧化处理温度的影响)
采用实施例1的方法，步骤(2)中的氧化温度分别为700℃、800℃和900℃，其余条件与实施例1相同，检测氧化前后的总质量。结果见表1，如表1所示，
表1碳化硅经不同温度的高温氧化处理质量
Figure BDA0004061351730000051
如表1结果所示，氧化温度700℃，保温10小时的情况下，碳化硅颗粒氧化率：1.25％；氧化温度800℃，保温10小时的情况下，碳化硅颗粒氧化率：5.65％；氧化温度900℃，保温10小时的情况下，碳化硅颗粒氧化率：13.25％。在氧化温度700℃，保温10小时的情况下，碳化硅颗粒氧化前后总质量仅增加了0.0001g，氧化百分比为1.25％；而在氧化温度800℃，保温10小时的情况下，碳化硅颗粒氧化前后总质量增加了0.0007g，氧化百分比为5.65％；在氧化温度900℃，保温10小时的情况下，碳化硅颗粒颗粒氧化前后总质量增加了0.0019g，氧化百分比为13.25％；由数据及计算结果相比较可得出，氧化温度700℃，保温10小时的条件下的氧化率显然过低，氧化层厚度质量增加极其微小，故在此参数条件下碳化硅氧化效率不高；
图2为氧化温度为800℃保温时间为8h的扫描电镜图，如图2所示，长时间高温氧化处理所得的颗粒除去了边缘的尖角，表明高温氧化处理有钝化作用，同时随着反应的增加，尖角钝化效果也更加明显，在温度800℃经6h氧化后，碳化硅颗粒表面会形成一层SiO2，而吸附于表面的纳米级颗粒外貌将变得更加圆滑，与碳化硅颗粒的界面变得也更加模糊。另外，平滑处的能量要比尖角处的能量低很多，因此总是在颗粒表面吸附的纳米级颗粒表面处或者是颗粒的尖角处开始氧化；
综上，高温氧化800℃，保温8h，碳化硅粉末颗粒的氧化效果最佳。
实施例3：(不同球磨时间的影响)
采用实施例1的方法，步骤(3)中的球磨时间分别为3h、5h、7h以及9h，其余条件与实施例1相同，对形成的碳纳米-碳化硅-铝复合材料进行扫描电镜，结果见图3；
如图3所示，机械球磨3h时，球状的铝合金颗粒被撞击后塑性变形成片状，且放大的片状铝合金表面上存在着较多的碳纳米管；随着球磨过程的进行(球磨时间5h)，片状的铝合金相互叠加并焊合在一起成为不规则的颗粒状，同时碳纳米管被剥离和嵌入到铝合金颗粒中；当球磨时间进一步延长至7h和9h时，粉末发生团聚和粗化，铝合金粒径呈现出了长大的趋势，这时已基本看不见碳纳米管，说明碳纳米管被完全嵌入到不规则球状的铝合金粉末内。
实施例4：(不同碳化硅粒径的影响)
采用实施例1的方法，步骤(4)中的碳纳米-碳化硅-铝复合材料中碳化硅的粒径范围分别为15～55μm、100～150μm以及200～300μm，其余条件均与实施例1相同，对最终制得的碳硅铝合金进行抗拉强度测试和断后伸长率测试，测试结果见表2；
表2不同碳化硅粒径的碳硅铝合金的抗拉强度和断后伸长率
碳化硅粒径 抗拉强度(MPa) 断后伸长率(％)
15～55μm 506(±14) 8.4(±0.5)
100～150μm 556(±18) 6.5(±0.5)
200～300μm 522(±16) 8.2(±0.5)
如表2和图4所示，100～150μm粒径的碳化硅增强铝基复合材料(Sample-2)具有最好的拉伸强度，达到了556MPa，比15～55μmμm和200～300μm粒径的碳化硅增强铝基复合材料的抗拉强度分别提高了约50和34Mpa。在复合材料的邻近碳化硅颗粒的基体中产生了高密度的热错配密度。可以推断，位错的产生主要是因为碳化硅颗粒与基体间的热错配应力，而适当的颗粒尺寸则有效的释放了碳化硅颗粒附近基体中的应力，极大的降低了基体中由于基体与碳化硅热错配应力形成的位错的密度。
实施例5：(不同碳纳米管含量的影响)
采用实施例1的方法，步骤(4)中的碳纳米-碳化硅-铝复合材料中碳纳米管的含量分别为5％、10％以及15％，其余条件均与实施例1相同，对最终制得的碳硅铝合金进行屈服强度、抗拉强度测试和延伸率测试，测试结果见表3和图4；
表3不同碳纳米管含量的碳硅合金的屈服强度、抗拉强度以及断后伸长率
碳纳米管含量(％) 屈服强度(MPA) 抗拉强度(MPa) 断后伸长率(％)
0 281 307 14
5 417 468 9.5
10 506 529 7.5
15 461 488 3.6
如表3所示，未添加碳纳米管的碳硅铝合金的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为281MPa、307MPa和14％；碳纳米管含量为5％的碳硅铝合金试样的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为417MPa、468MPa和9.5％，其与未添加碳纳米管的碳硅铝合金的屈服强度和抗拉强度分别提高了48％和52％；碳纳米管含量为10％碳硅铝合金试样的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别为506MPa、529MPa和7.5％，其与未添加碳纳米管的碳硅铝合金的屈服强度和抗拉强度分别提高了80％和72％；碳纳米管含量为15％碳硅铝合金试样的屈服强度、抗拉强度和延伸率分别461MPa、488MPa和3.6％，其与未添加碳纳米管的碳硅铝合金的屈服强度和抗拉强度分别提高了64％和59％。结果表明在碳纳米管含量为10％时碳硅铝合金的碳纳米管-碳化硅的屈服强度、抗拉强度最佳；复合材料强度提升的同时延伸率大幅度降低；随着碳纳米管含量的增加，由于碳纳米管与铝基体二者变形能力的不一致，碳纳米管-碳化硅强烈的阻碍铝基体塑性变形，导致复合材料在界面结合弱的地方开裂，从而降低复合材料的延伸率。
实施例6(锻造温度和变形量的影响)
采用实施例1的方法，步骤(5)中的碳硅铝合金的变形量/锻造温度分别设置为30％/300℃，50％/300℃，50％/350℃，50％/420℃，50％/450℃以及50％/500℃；其余条件均与实施例1相同，对锻造后的碳硅铝合金锻铸进行电镜扫描，结果见如图5；
从图5中可以看出，当变形温度为300℃时，由于温度较低，合金的流变应力较大，所以在变形量为40％时就出现了裂纹，此时合金的塑性很差；合金在450℃变形后，虽然晶粒的形态仍然为拉长的纤维状，但是尺寸有所增加；到500℃时，晶粒尺寸增加的更加明显。这样的组织对合金的强度不利，所以合金的最佳变形温度应低于450℃，在后续的绝缘操作杆端部工件的锻造过程中，我们应以450℃作为锻造温度的上限进行工艺选择。合金在不同变形温度下的极限变形量和金相组织，合金的最佳变形温度为400℃-420℃；在这个温度下变形，碳化硅增强铝基复合材料既能获得较好的变形性能，也能有效地防止变形过程中发生晶粒长大或者再结晶；因为考虑到绝缘操作杆端部锻件的模锻过程中的热量散失比较大，所以碳硅铝合金的始锻温度和终锻温度分别确定为430℃和380℃，锻造过程中回火1次，这样降低了比常规铝合金更高的碳化硅增强铝基复合材料的锻造难度，更方便锻造过程的操作。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）将碳纳米管热处理后制成热处理碳纳米管，将热处理碳纳米管酸处理制成纯化碳纳米管；
（2）将石英砂与焦炭焙烧制成碳化硅粗品将碳化硅粗品，再将碳化硅粗品进行纯化处理制成纯化碳化硅，所述纯化处理包括高温氧化处理；
（3）将纯化碳纳米管、纯化碳化硅以及与铝粉球磨处理制成碳纳米管-碳化硅-铝复合材料；
（4）将碳纳米管-碳化硅-铝复合材料进行电磁搅拌熔炼处理制成碳硅铝合金；
（5）将碳硅铝合金煅铸制成轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头。
2.如权利要求1所述的一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法，其特征是，步骤（1）中所述碳纳米管为多壁碳纳米管，所述碳纳米管长为5~15μm，管径为20~30nm；。
3.如权利要求1所述的一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法，其特征是，步骤（2）中所述高温氧化处理条件为：温度为700~900℃，保温时间3~10h，所述纯化处理还包括超声清洗、水洗、干燥以及筛分。
4.如权利要求1所述的一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法，其特征是，步骤（3）中的所述球磨时间为3~12h。
5.如权利要求1所述的一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法，其特征是，步骤（3）中所述碳纳米管-碳化硅的总含量为2~15％。
6.如权利要求1所述的一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法，其特征是，步骤（4）中所述碳纳米管-碳化硅-铝复合材料中碳化硅的粒径为15~300μm。
7.如权利要求1所述的一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法，其特征是，步骤（4）中所述电磁搅拌熔炼处理的依次包括初熔融处理和电磁搅拌熔融处理。
8.如权利要求7所述的一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法，其特征是，所述初熔融条件为：将碳纳米管-碳化硅-铝复合材料置于710℃坩埚中再升温至720℃熔化，熔化后除渣并降温至710℃保温5min，再使用六氯乙烷处理10min。
9.如权利要求7所述的一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法，其特征是，所述电磁搅拌熔融条件为：电磁搅拌频率为6Hz，电流强度为450A，搅拌温度为690~710℃，熔融时间大于60min。
10.如权利要求1所述的一种轻质高强铝合金超高压输电线路绝缘操作杆工作头的制备方法，其特征是，步骤（5）中所述煅铸条件依次包括初锻造、回火以及终锻造，所述初锻造温度为430℃，所述终锻造条件为380℃，所述碳硅铝合合金的锻造变形量为40~60％。
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Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009010297A1 (de) * 2007-07-18 2009-01-22 Alcan Technology & Management Ag Duplex-aluminium-werkstoff auf basis von aluminium mit einer ersten phase und einer zweiten phase und verfahren zur herstellung des duplex-aluminium-werkstoffs
CN104233065A (zh) * 2014-08-26 2014-12-24 盐城市鑫洋电热材料有限公司 一种碳化硅增强铁铝复合材料及其制备方法
CN105568027A (zh) * 2015-12-04 2016-05-11 上海交通大学 一种微纳米颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法
CN106498313A (zh) * 2016-11-23 2017-03-15 西安理工大学 高强高延性CNTs‑SiCp增强铝基复合材料及其制备方法
CN106694769A (zh) * 2016-12-06 2017-05-24 中国科学院金属研究所 一种不连续增强铝基复合材料的锻件制备工艺
CN107267811A (zh) * 2017-05-16 2017-10-20 苏州莱特复合材料有限公司 一种改性碳纳米管增强铝基复合材料及其制备方法
CN108588464A (zh) * 2018-05-14 2018-09-28 中北大学 一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法
CN109852834A (zh) * 2018-12-21 2019-06-07 昆明理工大学 一种纳米陶瓷颗粒增强金属基分级构型复合材料的制备方法
CN111218579A (zh) * 2020-01-09 2020-06-02 太原理工大学 一种微米SiC颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN112620387A (zh) * 2020-11-30 2021-04-09 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 基于高模量铝合金的特高压阀厅接地开关用导电管的制备方法
WO2021071453A2 (en) * 2019-10-10 2021-04-15 Gaziantep Universitesi Rektorlugu Aluminum matrix hybrid composite with mgo and cnt exhibiting enhanced mechanical properties
CN112680636A (zh) * 2020-11-09 2021-04-20 上海交通大学 一种微纳复合构型铝基复合材料及其制备方法
CN113584352A (zh) * 2021-07-01 2021-11-02 武汉理工大学 一种铝基复合材料的制备方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009010297A1 (de) * 2007-07-18 2009-01-22 Alcan Technology & Management Ag Duplex-aluminium-werkstoff auf basis von aluminium mit einer ersten phase und einer zweiten phase und verfahren zur herstellung des duplex-aluminium-werkstoffs
CN104233065A (zh) * 2014-08-26 2014-12-24 盐城市鑫洋电热材料有限公司 一种碳化硅增强铁铝复合材料及其制备方法
CN105568027A (zh) * 2015-12-04 2016-05-11 上海交通大学 一种微纳米颗粒混杂增强铝基复合材料及其制备方法
CN106498313A (zh) * 2016-11-23 2017-03-15 西安理工大学 高强高延性CNTs‑SiCp增强铝基复合材料及其制备方法
CN106694769A (zh) * 2016-12-06 2017-05-24 中国科学院金属研究所 一种不连续增强铝基复合材料的锻件制备工艺
CN107267811A (zh) * 2017-05-16 2017-10-20 苏州莱特复合材料有限公司 一种改性碳纳米管增强铝基复合材料及其制备方法
CN108588464A (zh) * 2018-05-14 2018-09-28 中北大学 一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法
CN109852834A (zh) * 2018-12-21 2019-06-07 昆明理工大学 一种纳米陶瓷颗粒增强金属基分级构型复合材料的制备方法
WO2021071453A2 (en) * 2019-10-10 2021-04-15 Gaziantep Universitesi Rektorlugu Aluminum matrix hybrid composite with mgo and cnt exhibiting enhanced mechanical properties
CN111218579A (zh) * 2020-01-09 2020-06-02 太原理工大学 一种微米SiC颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN112680636A (zh) * 2020-11-09 2021-04-20 上海交通大学 一种微纳复合构型铝基复合材料及其制备方法
CN112620387A (zh) * 2020-11-30 2021-04-09 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 基于高模量铝合金的特高压阀厅接地开关用导电管的制备方法
CN113584352A (zh) * 2021-07-01 2021-11-02 武汉理工大学 一种铝基复合材料的制备方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MIAO LINLIN: "Anisotropic tensile mechanics of vertically aligned carbon nanotube reinforced silicon carbide ceramic nanocomposites", 《CARBON》, vol. 199, 16 August 2022 (2022-08-16), pages 241 - 248 *
梁英杰: "碳化硅/多壁碳纳米管复合材料的制备及其吸波性能研究", 《河南化工》, vol. 39, no. 8, 15 August 2022 (2022-08-15), pages 17 - 20 *

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