CN117139573A - 一种复合碳纳米管的表面精度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合碳纳米管技术领域，尤其涉及一种复合碳纳米管的表面精度控制方法，本发明在搅拌过程中实时获取加热混合仓内混合物表面的图像以及搅拌棒所受压力值，计算搅拌上浮表征系数，并判定是否满足预设上浮标准，在满足预设上浮标准时，根据搅拌上浮表征系数调整第一搅拌棒的旋转速度以及超声波发生装置的发射频率，在不满足预设上浮标准时，开启第二搅拌棒运行，并调整第二搅拌棒的旋转速度，本发明考虑搅拌过程中碳纳米管颗粒聚集上浮的现象，适应性调整搅拌参量，并且，通过第二搅拌棒将上浮的碳纳米管引入搅拌涡流中，进而，减少搅拌过程中碳纳米管颗粒团聚和上浮，提高复合碳纳米管的均匀性，减少气孔孔隙，提高成品表面精度。

Description

一种复合碳纳米管的表面精度控制方法

技术领域

本发明涉及材料加工技术领域，尤其涉及一种复合碳纳米管的表面精度控制方法。

背景技术

复合碳纳米管是指将碳纳米管与其他材料结合形成的复合材料，碳纳米管是由碳原子以一定的方式组成的纳米尺寸管状结构，具有高强度、高导电性、高导热性等优异的物理性质，将碳纳米管与其他材料结合可以充分发挥两者的优点，提高材料的性能，因此，制备复合碳纳米管的相关工艺被人们所重视。

中国专利公开号：CN105088023A，公开了一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）在铝箔基底上定向生长CNTs；（2）在CNTs表面连续电化学沉积Ni或Cu金属层，获得包覆铝和Ni/Cu金属层的无团聚或缠绕的CNTs箔；（3）将适量CNTs箔添加到搅拌炉内；（4）对铝合金基体进行熔化和精炼并转注到搅拌炉内；（5）通过电磁场和超声场耦合搅拌CNTs增强铝基熔体；（6）将CNTs增强铝合金熔体转注到铸造平台，通过半连铸方式获得CNTs增强铝基复合材料铸锭，该发明搅拌炉中载着增强相的熔体在旋转磁场和超声场耦合作用下搅拌，减少了熔体中气孔间隙，并迫使其在熔体中均匀分散，同时超声杆在熔体中上下运动扩大了超声场的作用范围，有效减少了搅拌炉内壁粘附CNTs增强相。

但是，现有技术中还存在以下问题，

现有技术中，采用搅拌铸造法时，利用机械搅拌器强力搅拌，利用涡流形成的巨大负压迫使碳纳米管分散于金属基体中，但是，由于碳纳米管密度相对金属较低，在熔体金属中易上浮，造成增强相的偏析，并且，由于纳米颗粒表面活性大，极易团聚，会加剧上述现象，进而导致最终制成的复合碳纳米管分散不均匀和产生较多的气孔空隙，影响性能。

发明内容

为此，本发明提供一种复合碳纳米管的表面精度控制方法，用以克服现有技术中由于碳纳米管密度相对金属较低，在熔体金属中易上浮造成增强相的偏析，并且，由于纳米颗粒表面活性大，极易团聚，导致最终制成的复合碳纳米管分散不均匀和产生较多的气孔孔隙的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种复合碳纳米管的表面精度控制方法，包括：

步骤S1，将金属熔融液加入加热混合仓，抽真空后进行搅拌，并开启超声波发生装置，并在搅拌过程中加入碳纳米管颗粒；

步骤S2，实时采集加热混合仓内混合物表面的图像以及第一搅拌棒所受压力值，响应于预设条件，根据所述图像确定图像色度值，基于所述图像色度值以及第一搅拌棒所受压力值计算搅拌上浮表征系数，并基于所述搅拌上浮表征系数判定搅拌上浮是否满足预设上浮标准，所述预设条件为停止加入碳纳米管颗粒并经过预定观察时长后；

步骤S3，在满足预设上浮标准时，基于所述搅拌上浮表征系数调整所述加热混合仓内第一搅拌棒的旋转速度以及超声波发生装置的发射频率；

在不满足预设上浮标准时，控制加热混合仓侧壁上设置的第二搅拌棒开始运行，再次获取所述图像，并确定第一预定时长内的图像色度值的色度变化量，基于所述色度变化量调整所述第二搅拌棒的旋转速度；

步骤S4，每隔预定周期计算搅拌上浮表征系数在单个周期内的系数变化量，基于所述系数变化量的大小判定是否达到搅拌标准，并将达到搅拌标准的金属熔融液浇注至模具中成型，得到复合碳纳米管材料。

进一步地，所述步骤S2中，基于所述图像色度值以及搅拌棒所受压力值按公式（1）计算搅拌上浮表征系数，

(1)

公式（1）中，E为搅拌上浮表征系数，为图像色度值，/>为预设的图像色度参考值，/>为搅拌棒所受压力值，/>为预设的搅拌棒所受压力参考值，预设的图像色度参考值，α为色度权重系数，β为压力权重系数，满足α＋β=1。

进一步地，所述步骤S2中，基于所述搅拌上浮表征系数判定搅拌上浮是否满足预设上浮标准的过程包括，

将所述搅拌上浮表征系数与预设的搅拌上浮表征系数阈值进行对比，

若所述搅拌上浮表征系数小于所述搅拌上浮表征系数阈值，则判定搅拌上浮满足预设上浮标准；

若所述搅拌上浮表征系数大于或等于所述搅拌上浮表征系数阈值，则判定搅拌上浮不满足预设上浮标准。

进一步地，所述步骤S3中，基于所述搅拌上浮表征系数调整所述加热混合仓内第一搅拌棒的旋转速度，其中，

设定有若干基于所述搅拌上浮表征系数调整加热混合仓内第一搅拌棒的旋转速度的速度调整方式，各所述速度调整方式中对所述第一搅拌棒的旋转速度的调整量不同。

进一步地，所述步骤S3中，基于所述搅拌上浮表征系数确定所述超声波发生装置的发射频率，其中，

设定有若干基于所述搅拌上浮表征系数调整超声波发生装置的发射频率的频率调整方式，各所述频率调整方式中对所述超声波发生装置的发射频率的调整量不同。

进一步地，所述步骤S3中，基于所述色度变化量调整所述第二搅拌棒的旋转速度，其中，

设定有若干基于所述第一预定时长内的图像色度值的色度变化量调整所述第二搅拌棒的旋转速度的调整方式，各所述调整方式中对所述第二搅拌棒的旋转速度的调整量不同。

进一步地，所述步骤S4中，基于所述系数变化量的大小判定是否达到搅拌标准的过程包括，

将所述搅拌上浮表征系数在单个周期内的系数变化量与预设的系数变化量阈值进行对比，

若所述系数变化量小于所述系数变化量阈值，则判定达到搅拌标准。

进一步地，搅拌过程中需控制所述加热混合仓内的温度在500~800℃。

进一步地，所述步骤S1中，所述金属熔融液为镁合金熔融液或锌合金熔融液。

进一步地，本发明还提供一种复合碳纳米管的制备装置，其包括：

加热混合仓，用以提供容纳金属熔融液的空腔区域，所述空腔区域内设置有温控单元，以控制所述空腔区域内的温度；

真空泵，与所述加热混合仓通过管道连接，用以抽取所述加热混合仓内的空气；

搅拌棒，包括设置在所述加热混合仓底部的第一搅拌棒以及设置在所述加热混合仓侧壁的第二搅拌棒；

超声波发生装置，设置在所述加热混合仓内壁，用以向所述加热混合仓内的混合物发射预定频率的超声波；

采集模组，包括设置在所述加热混合仓顶端用以采集加热混合仓内混合物表面图像的图像采集单元以及设置在所述第一搅拌棒上用以检测所述第一搅拌棒所受压力值的受力检测单元；

控制器，其分别与所述第一搅拌棒、第二搅拌棒、超声波发生装置以及采集模组连接，用以接收所述采集模组发送的数据以及分别控制所述第一搅拌棒、第二搅拌棒和超声波发生装置动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明在搅拌过程中实时获取加热混合仓内混合物表面的图像以及搅拌棒所受压力值，根据图像色度值以及搅拌棒所受压力值计算搅拌上浮表征系数，并判定搅拌上浮是否满足预设上浮标准，在满足预设上浮标准时，根据搅拌上浮表征系数调整加热混合仓内第一搅拌棒的旋转速度以及超声波发生装置的发射频率，在不满足预设上浮标准时，开启第二搅拌棒运行，并调整第二搅拌棒的旋转速度，本发明考虑搅拌过程中碳纳米管颗粒聚集上浮的现象，适应性调整搅拌参量，并且，通过第二搅拌棒将上浮的碳纳米管引入搅拌涡流中，进而，减少搅拌过程中团聚和上浮，提高复合碳纳米管的均匀性，减少气孔空隙，提高成品表面精度。

尤其，本发明通过采集搅拌过程中混合物表面图像，根据图像色度值以及搅拌棒所受压力值计算搅拌上浮表征系数，在实际情况中，由于碳纳米管密度相对金属较低，在熔体金属中易上浮，造成增强相的偏析，并且，由于纳米颗粒表面活性大，极易团聚，会加剧上述现象，复合碳纳米管材料的颜色呈黑色，与金属熔融物存在颜色差异，在上浮后由于混合物旋转的影响，会在图像中体现出色度差异，并且，由于碳纳米管与金属熔融物混合后，搅拌效果、颗粒团聚效果均会影响混合物的性质，进而会使得搅拌棒的受力发生变化，因此，本发明通过获取搅拌上浮表征系数来表征混合物中碳纳米管团聚上浮现象或趋势，为后续适应性调整搅拌参数提供数据支持，减少搅拌过程中团聚和上浮，提高复合碳纳米管的均匀性，减少气孔空隙，提高成品表面精度。

尤其，本发明在搅拌上浮表征系数满足预设上浮标准时，适应性调整加热混合仓内第一搅拌棒的旋转速度以及超声波发生装置的发射频率，在实际情况中，碳纳米管的微观结构成型不易检测，各批次碳纳米管的微观结构存在差异，进而影响搅拌过程中的团聚和混合效果，因此，适应性调整加热混合仓内第一搅拌棒的旋转速度以及超声波发生装置的发射频率，减小搅拌过程中团聚和上浮，提高复合碳纳米管的均匀性，减少气孔孔隙，提高成品表面精度。

尤其，本发明在搅拌上浮表征系数不满足预设上浮标准时，开启第二搅拌棒，第二搅拌棒设置在加热混合仓的侧壁上，在实际情况中，第一搅拌棒生成涡流，而由于碳纳米管密度较低，且团聚现象严重时会加剧上浮，第二搅拌棒能够将部分上浮的碳纳米管颗粒或团聚颗粒引入涡流中分离，减少在混合物表面停留时间，并且，适应性调整第二搅拌棒的旋转速度，提高引流效果，进而减少搅拌过程中团聚和上浮，提高复合碳纳米管的均匀性，减少气孔孔隙，提高成品表面精度。

附图说明

图1为本发明实施例的复合碳纳米管的表面精度控制方法的方法步骤图；

图2为本发明实施例的复合碳纳米管的表面精度控制方法的逻辑流程图；

图3为本发明实施例的复合碳纳米管的制备装置的装置结构图；

图4为本发明实施例的采集模组的功能框图。

图中，1：加热混合仓，2：温控单元，3：真空泵，4：第一搅拌棒，5：第二搅拌棒，6：超声波发生装置，7：图像采集单元，8：受力检测单元。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1以及图2所示，图1为本发明实施例的复合碳纳米管的表面精度控制方法的方法步骤图，图2为本发明实施例的复合碳纳米管的表面精度控制方法的逻辑流程图，本发明的复合碳纳米管的表面精度控制方法，包括：

步骤S1，将金属熔融液加入加热混合仓1，抽真空后进行搅拌，并开启超声波发生装置6，并在搅拌过程中加入碳纳米管颗粒；

步骤S2，实时采集加热混合仓1内混合物表面的图像以及第一搅拌棒4所受压力值，响应于预设条件，根据所述图像确定图像色度值，基于所述图像色度值以及第一搅拌棒4所受压力值计算搅拌上浮表征系数，并基于所述搅拌上浮表征系数判定搅拌上浮是否满足预设上浮标准，所述预设条件为停止加入碳纳米管颗粒并经过预定观察时长后；

步骤S3，在满足预设上浮标准时，基于所述搅拌上浮表征系数调整所述加热混合仓1内第一搅拌棒4的旋转速度以及超声波发生装置6的发射频率；

在不满足预设上浮标准时，控制加热混合仓1侧壁上设置的第二搅拌棒5开始运行，再次获取所述图像，并确定第一预定时长内的图像色度值的色度变化量，基于所述色度变化量调整所述第二搅拌棒5的旋转速度；

步骤S4，每隔预定周期计算搅拌上浮表征系数在单个周期内的系数变化量，基于所述系数变化量的大小判定是否达到搅拌标准，并将达到搅拌标准的金属熔融液浇注至模具中成型，得到复合碳纳米管材料。

具体而言，在本实施例中，预定观察时长设定为3min。

具体而言，本发明设定第一预定时长的目的在于在有限的时间长度内，保证采集的图像色度值的变化量具有数据表征性，本领域技术人员可以在区间[3min，5min]内设定第一预定时长。

具体而言，所述步骤S2中，基于所述图像色度值以及搅拌棒所受压力值按公式（1）计算搅拌上浮表征系数，

(1)

公式（1）中，E为搅拌上浮表征系数，为图像色度值，/>为预设的图像色度参考值，/>为搅拌棒所受压力值，/>为预设的搅拌棒所受压力参考值，α为色度权重系数，β为压力权重系数，满足α＋β=1，在本实施例中，设定α=0.6，β=0.4。

优选的，在本实施例中，图像色度参考值基于预先测试所得，预先多次测试同剂量的碳纳米管颗粒在同类型金属熔融液中混合第一预设时长后图像色度平均值，将所述图像色度平均值确定为图像色度参考值，第一搅拌棒4所受压力参考值同样基于预先测试所得，预先多次测试同剂量的碳纳米管颗粒在同类型金属熔融液混合第一预设时长后的第一搅拌棒4所受压力平均值，将所述第一搅拌棒4所受压力平均值确定为第一搅拌棒4所受压力参考值。

具体而言，本发明通过采集搅拌过程中混合物表面图像，根据图像色度值以及搅拌棒所受压力值计算搅拌上浮表征系数，在实际情况中，由于碳纳米管密度相对金属较低，在熔体金属中易上浮，造成增强相的偏析，并且，由于纳米颗粒表面活性大，极易团聚，会加剧上述现象，复合碳纳米管材料的颜色呈黑色，与金属熔融物存在颜色差异，在上浮后由于混合物旋转的影响，会在图像中体现出色度差异，并且，由于碳纳米管与金属熔融物混合后，搅拌效果、颗粒团聚效果均会影响混合物的性质，进而会使得搅拌棒的受力发生变化，因此，本发明通过获取搅拌上浮表征系数来表征混合物中碳纳米管团聚上浮现象或趋势，为后续适应性调整搅拌参数提供数据支持，减少搅拌过程中碳纳米管颗粒团聚和上浮，提高复合碳纳米管的均匀性，减少气孔孔隙，提高成品表面精度。

具体而言，所述步骤S2中，基于所述搅拌上浮表征系数判定搅拌上浮是否满足预设上浮标准的过程包括，

将所述搅拌上浮表征系数E与预设的搅拌上浮表征系数阈值E₀进行对比，

若所述搅拌上浮表征系数E小于所述搅拌上浮表征系数阈值E₀，则判定搅拌上浮满足预设上浮标准；

若所述搅拌上浮表征系数E大于或等于所述搅拌上浮表征系数阈值E₀，则判定搅拌上浮不满足预设上浮标准。

优选的，在本实施例中，搅拌上浮表征系数阈值E₀在区间[1.3,1.5]内设定。

具体而言，所述步骤S3中，基于所述搅拌上浮表征系数调整所述加热混合仓1内第一搅拌棒4的旋转速度，其中，

设定有若干基于所述搅拌上浮表征系数E调整加热混合仓1内第一搅拌棒4的旋转速度的速度调整方式，各所述速度调整方式中对所述第一搅拌棒4的旋转速度的调整量不同。

具体而言，在本实施例中，设定至少三种基于所述搅拌上浮表征系数E确定若干加热混合仓1内第一搅拌棒4的旋转速度的速度调整方式，其中，将所述搅拌上浮表征系数E与预设的第一搅拌上浮表征对比参量E₁以及第二搅拌上浮表征对比参量E₂进行对比，

若E＜E₁，则确定采用第一速度调整方式，所述第一速度调整方式为将所述加热混合仓1内第一搅拌棒4的旋转速度调整至第一旋转速度V₁，设定V₁=V₀+v₁；

若E₁≤D≤E₂，则确定采用第二速度调整方式，所述第二速度调整方式为将所述加热混合仓1内第一搅拌棒4的旋转速度调整至第二旋转速度V₂，设定V₂=V₀+v₂；

若E＞E₂，确定采用第三速度调整方式，所述第三速度调整方式为将所述加热混合仓1内第一搅拌棒4的旋转速度调整至第三旋转速度V₃，设定V₃=V₀+v₃；

其中，V₀表示所述加热混合仓1内第一搅拌棒4的旋转速度初始值，v₁表示第一旋转速度调整量，/>v₂表示第二旋转速度调整量，/>v₃表示第三旋转速度调整量，在本实施例中，为使得第一搅拌上浮表征对比参量E₁以及第二搅拌上浮表征对比参量E₂能够区分碳纳米管颗粒在金属熔融液中上浮结果的差异性，在本实施例中设定E₁=0.7E₀，E₂=0.9E₀，同样的，为使得调整有效，并避免调整量过大，在本实施例中，0.1V₀≤/>v₁＜/>v₂＜/>v₃≤0.25V₀。

具体而言，所述步骤S3中，基于所述搅拌上浮表征系数确定所述超声波发生装置6的发射频率，其中，

设定有若干基于所述搅拌上浮表征系数E调整超声波发生装置6的发射频率的频率调整方式，各所述频率调整方式中对所述超声波发生装置6的发射频率的调整量不同。

具体而言，在本实施例中，设定至少三种基于所述搅拌上浮表征系数E确定若干超声波发生装置6的发射频率的频率调整方式，其中，将所述搅拌上浮表征系数E与预设的第三搅拌上浮表征对比参量E₃以及第四搅拌上浮表征对比参量E₄进行对比，

若E＜E₃，则确定采用第一频率调整方式，所述第一频率调整方式为将所述超声波发生装置6的发射频率调整至第一发射频率f₁，设定f₁=f₀+f₁；

若E₃≤D≤E₄，则确定采用第二频率调整方式，所述第二频率调整方式为将所述超声波发生装置6的发射频率调整至第二发射频率f₂，设定f₂=f₀+f₂；

若E＞E₄，则确定采用第三频率调整方式，所述第三频率调整方式为将所述超声波发生装置6的发射频率调整至第三发射频率f₃，设定f₃=f₀+f₃；

其中，f₀表示所述超声波发生装置6的发射频率初始值，f₁表示第一发射频率调整量，/>f₂表示第二发射频率调整量，/>f₃表示第三发射频率调整量，在本实施例中，为使得第三搅拌上浮表征对比参量E₃以及第四搅拌上浮表征对比参量E₄能够区分碳纳米管颗粒在金属熔融液中上浮结果的差异性，在本实施例中设定E₃=0.75E₀，E₄=0.85E₀，同样的，为使得调整有效，并避免调整量过大，在本实施例中，0.1f₀≤/>f₁＜/>f₂＜/>f₃≤0.25f₀。

具体而言，本发明在搅拌上浮表征系数满足预设上浮标准时，适应性调整加热混合仓1内第一搅拌棒4的旋转速度以及超声波发生装置6的发射频率，在实际情况中，碳纳米管的微观结构成型不易检测，各批次碳纳米管的微观结构存在差异，进而影响搅拌过程中的团聚和混合效果，因此，适应性调整加热混合仓1内第一搅拌棒4的旋转速度以及超声波发生装置6的发射频率，减小搅拌过程中碳纳米管颗粒团聚和上浮，提高复合碳纳米管的均匀性，减少气孔孔隙，提高成品表面精度。

具体而言，所述步骤S3中，基于所述色度变化量调整所述第二搅拌棒5的旋转速度，其中，

设定有若干基于所述第一预定时长内的图像色度值的色度变化量调整所述第二搅拌棒5的旋转速度的调整方式，各所述调整方式中对所述第二搅拌棒5的旋转速度的调整量不同。

具体而言，在本实施例中，设定至少三种基于所述色度变化量L确定所述第二搅拌棒5的旋转速度进行调整的调整方式，其中，将所述色度变化量/>L与预设的第一色度变化对比量/>L₁以及第二色度变化对比量/>L₂进行对比，

若L＜/>L₁，则确定采用第一调整方式，所述第一调整方式为将所述第二搅拌棒5的旋转速度调整至第一速度W₁，设定W₁=W₀+/>w₁；

若L₁≤/>L≤/>L₂，则确定采用第二调整方式，所述第二调整方式为将所述第二搅拌棒5的旋转速度调整至第二速度W₂，设定W₂=W₀+/>w₂；

若L＞/>L₂，则确定采用第三调整方式，所述第三调整方式为将所述第二搅拌棒5的旋转速度调整至第三速度W₃，设定W₃=W₀+/>w₃；

其中，W₀表示所述第二搅拌棒5的旋转速度初始值，w₁表示第一速度调整量，/>w₂表示第二速度调整量，/>w₃表示第三速度调整量，在本实施例中设定/>L₁=0.75/>L₀，/>L₂=0.9L₀，/>L₀表示色度变化量基数，色度变化量基数为预先测定所得，其中，多次测试并记录同剂量的碳纳米管颗粒在同类型金属熔融液中混合搅拌第二预设时长的色度变化量，并求解色度变化量平均值/>Lg，设定色度变化量基数/>L₀=k×/>Lg，K表示误差系数，0.5＜k＜0.7。

同样的，为使得调整有效，并避免调整量过大，在本实施例中，0.1W₀≤w₁＜/>w₂＜w₃≤0.2W₀。

具体而言，本发明在搅拌上浮表征系数不满足预设上浮标准时，开启第二搅拌棒5，第二搅拌棒5设置在加热混合仓1的侧壁上，在实际情况中，第一搅拌棒4生成涡流，而由于碳纳米管密度较低，且团聚现象严重时会加剧上浮，第二搅拌棒5能够将部分上浮的碳纳米管颗粒或团聚颗粒引入涡流中分离，减少在混合物表面停留时间，并且，适应性调整第二搅拌棒5的旋转速度，提高引流效果，进而减少搅拌过程中碳纳米管颗粒团聚和上浮，提高复合碳纳米管的均匀性，减少气孔孔隙，提高成品表面精度。

具体而言，所述步骤S4中，基于所述系数变化量的大小判定是否达到搅拌标准的过程包括，

将所述搅拌上浮表征系数在单个周期内的系数变化量E_m与预设的系数变化量阈值/>E_n进行对比，

若所述系数变化量E_m小于所述系数变化量阈值/>E_n，则判定达到搅拌标准。

优选的，在本实施例中，系数变化量阈值E_n的取值范围可以为[0.1,0.2]。

具体而言，在本实施例中，优选的，可以在达到搅拌标准后再持续搅拌第二预定时长后再将金属熔融液浇注至模具中成型，设定第二预定时长的目的在于保证搅拌后的金属熔融液的均匀混合稳定性是足够的，本领域技术人员可以在区间[5min，10min]内设定第二预设时长。

具体而言，搅拌过程中需控制所述加热混合仓1内的温度在500~800℃。

具体而言，所述步骤S1中，所述金属熔融液为镁合金熔融液或锌合金熔融液。

具体而言，请参阅图3以及图4所示，图3为本发明实施例的复合碳纳米管的制备装置的装置结构图，图4为本发明实施例的采集模组的功能框图，本发明还提供一种复合碳纳米管的制备装置，包括：

加热混合仓1，用以提供容纳金属熔融液的空腔区域，所述空腔区域内设置有温控单元2，以控制所述空腔区域内的温度；

真空泵3，与所述加热混合仓1通过管道连接，用以抽取所述加热混合仓1内的空气；

搅拌棒，包括设置在所述加热混合仓1底部的第一搅拌棒4以及设置在所述加热混合仓1侧壁的第二搅拌棒5；

超声波发生装置6，设置在所述加热混合仓1内壁，用以向所述加热混合仓1内的混合物发射预定频率的超声波；

采集模组，包括设置在所述加热混合仓1顶端用以采集加热混合仓内混合物表面图像的图像采集单元7以及设置在所述第一搅拌棒4上用以检测所述第一搅拌棒4所受压力值的受力检测单元8；

控制器，其分别与所述第一搅拌棒4、第二搅拌棒5、超声波发生装置6以及采集模组连接，用以接收所述采集模组发送的数据以及分别控制所述第一搅拌棒4、第二搅拌棒5和超声波发生装置6动作。

具体而言，本发明对第一搅拌棒4以及第二搅拌棒5的具体结构不做限定，只需在旋转搅拌过程中可以实现熔融液与碳纳米颗粒的均匀混合即可，此为现有技术，此处不再赘述。

具体而言，本发明对超声波发生装置6的具体结构不做限定，当然，优选的，在本实施例中超声波发生装置6的结构可以由激振器、驱动电源、控制电路以及辅助电子电路构成，通过激振器将电能转换为机械振动，产生超声波，此技术在医学、工业、科学研究等领域有广泛的应用，此处不再赘述。

具体而言，本发明对图像采集单元7的具体结构不做限定，其可以是相机，也可以是摄影机，当然，优选的，在本实施例中图像采集单元7可以是高清摄像头与附带有图像处理装置的单元，此为现有技术，此处不再赘述。

具体而言，本发明对受力检测单元8的具体结构不做限定，当然，优选的，在本实施例中较佳的结构是由压力采集器以及数据发送模组组成，用以通过数据发送模组将压力采集器采集的数据传输至分析控制单元，此为现有技术，此处不再赘述。

具体而言，本发明对分析控制单元的具体结构不做限定，分析控制单元可以由逻辑部件构成，逻辑部件包括现场可编程处理器、计算机或计算机中的微处理器，当然，优选的，在本实施例中分析控制单元需配备数据传输器，以实现数据交换。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合碳纳米管的表面精度控制方法，其特征在于，包括：

步骤S1，将金属熔融液加入加热混合仓，抽真空后进行搅拌，并开启超声波发生装置，并在搅拌过程中加入碳纳米管颗粒；

步骤S2，实时采集加热混合仓内混合物表面的图像以及第一搅拌棒所受压力值，响应于预设条件，根据所述图像确定图像色度值，基于所述图像色度值以及第一搅拌棒所受压力值计算搅拌上浮表征系数，并基于所述搅拌上浮表征系数判定搅拌上浮是否满足预设上浮标准，所述预设条件为停止加入碳纳米管颗粒并经过预定观察时长后；

步骤S3，在满足预设上浮标准时，基于所述搅拌上浮表征系数调整所述加热混合仓内第一搅拌棒的旋转速度以及超声波发生装置的发射频率；

在不满足预设上浮标准时，控制加热混合仓侧壁上设置的第二搅拌棒开始运行，再次获取所述图像，并确定第一预定时长内的图像色度值的色度变化量，基于所述色度变化量调整所述第二搅拌棒的旋转速度；

步骤S4，每隔预定周期计算搅拌上浮表征系数在单个周期内的系数变化量，基于所述系数变化量的大小判定是否达到搅拌标准，并将达到搅拌标准的金属熔融液浇注至模具中成型，得到复合碳纳米管材料。

2.根据权利要求1所述的复合碳纳米管的表面精度控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，基于所述图像色度值以及搅拌棒所受压力值按公式（1）计算搅拌上浮表征系数，

(1)

公式（1）中，E为搅拌上浮表征系数，为图像色度值，/>为预设的图像色度参考值，/>为搅拌棒所受压力值，/>为预设的搅拌棒所受压力参考值，α为色度权重系数，β为压力权重系数。

3.根据权利要求2所述的复合碳纳米管的表面精度控制方法，其特征在于，所述步骤S2中，基于所述搅拌上浮表征系数判定搅拌上浮是否满足预设上浮标准的过程包括，

将所述搅拌上浮表征系数与预设的搅拌上浮表征系数阈值进行对比，

若所述搅拌上浮表征系数小于所述搅拌上浮表征系数阈值，则判定搅拌上浮满足预设上浮标准；

若所述搅拌上浮表征系数大于或等于所述搅拌上浮表征系数阈值，则判定搅拌上浮不满足预设上浮标准。

4.根据权利要求3所述的复合碳纳米管的表面精度控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，基于所述搅拌上浮表征系数调整所述加热混合仓内第一搅拌棒的旋转速度，其中，

设定有若干基于所述搅拌上浮表征系数调整加热混合仓内第一搅拌棒的旋转速度的速度调整方式，各所述速度调整方式中对所述第一搅拌棒的旋转速度的调整量不同。

5.根据权利要求3所述的复合碳纳米管的表面精度控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，基于所述搅拌上浮表征系数确定所述超声波发生装置的发射频率，其中，

设定有若干基于所述搅拌上浮表征系数调整超声波发生装置的发射频率的频率调整方式，各所述频率调整方式中对所述超声波发生装置的发射频率的调整量不同。

6.根据权利要求1所述的复合碳纳米管的表面精度控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，基于所述色度变化量调整所述第二搅拌棒的旋转速度，其中，

设定有若干基于所述第一预定时长内的图像色度值的色度变化量调整所述第二搅拌棒的旋转速度的调整方式，各所述调整方式中对所述第二搅拌棒的旋转速度的调整量不同。

7.根据权利要求1所述的复合碳纳米管的表面精度控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，基于所述系数变化量的大小判定是否达到搅拌标准的过程包括，

将所述搅拌上浮表征系数在单个周期内的系数变化量与预设的系数变化量阈值进行对比，

若所述系数变化量小于所述系数变化量阈值，则判定达到搅拌标准。

8.根据权利要求1所述的复合碳纳米管的表面精度控制方法，其特征在于，搅拌过程中需控制所述加热混合仓内的温度在500~800℃。

9.根据权利要求1所述的复合碳纳米管的表面精度控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述金属熔融液为镁合金熔融液或锌合金熔融液。

10.一种复合碳纳米管的制备装置，应用于权利要求1-9任一项所述的复合碳纳米管的表面精度控制方法，其特征在于，包括：

加热混合仓，用以提供容纳金属熔融液的空腔区域，所述空腔区域内设置有温控单元，以控制所述空腔区域内的温度；

真空泵，与所述加热混合仓通过管道连接，用以抽取所述加热混合仓内的空气；

搅拌棒，包括设置在所述加热混合仓底部的第一搅拌棒以及设置在所述加热混合仓侧壁的第二搅拌棒；

超声波发生装置，设置在所述加热混合仓内壁，用以向所述加热混合仓内的混合物发射预定频率的超声波；

采集模组，包括设置在所述加热混合仓顶端用以采集加热混合仓内混合物表面图像的图像采集单元以及设置在所述第一搅拌棒上用以检测所述第一搅拌棒所受压力值的受力检测单元；

控制器，其分别与所述第一搅拌棒、第二搅拌棒、超声波发生装置以及采集模组连接，用以接收所述采集模组发送的数据以及分别控制所述第一搅拌棒、第二搅拌棒和超声波发生装置动作。