CN1186469C - 一种纳米碳管增强纳米金属基复合材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种纳米碳管增强纳米金属基复合材料，其特征在于：该复合材料为块体材料，含有5～40vol%纳米碳管，其余为纳米金属或合金。所述纳米碳管直径为1～100nm，长度为1～50μm；纳米金属为纳米金属铝，晶粒度为20～100nm。本发明纳米碳管增强纳米金属基复合材料，增强相和基体相均为纳米尺度，使增强相分布更加弥散均匀，这就把纳米碳管弥散强化和金属基体的自身纳米强化相结合，形成高强度匹配，大幅度地提高了强化强度，获得了比强度和比刚度最高的金属基块体材料。
Description
技术领域：
本发明涉及复合材料，特别提供了一种用纳米碳管增强纳米金属制备纳米复合材料的方法。
背景技术：
复合材料由于兼具有基体材料和增强材料的优异性能，近几十年被受关注。尤其是近几年来伴随着纳米材料研究的发展，用纳米材料增强金属基复合材料的报道多有出现。作为纳米材料重要分支之一的纳米碳管自1991年被发现以来，已在全世界范围内引起了各国学者的广泛关注和极大兴趣。理论计算表明纳米碳管具有极高的强度和弹性模量，被称为超级纤维，可用于高级复合材料的增强体，但是到目前为止，尚没有一篇关于用纳米碳管增强纳米金属成功制备出纳米金属基复合材料的报道。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种制备纳米碳管增强纳米金属基复合材料的方法，该材料集纳米材料和复合材料的特性于一身，表现出优异的力学性能，同时制备工艺简单，易于实现。
本发明提供了一种纳米碳管增强纳米金属基复合材料，其特征在于：该复合材料为块体材料，含有5～40vol％纳米碳管，其余为纳米金属或合金。
本发明纳米碳管增强纳米金属基复合材料中，纳米碳管直径为1～100nm，长度为1～50μm。纳米金属最好选择为纳米金属铝，晶粒度为20～100nm。
本发明还提供了上述纳米碳管增强纳米金属基复合材料的制备方法，其特征在于：以纳米碳管和纳米金属或合金粉为原料，将提纯后的单壁纳米碳管和纳米金属粉分别进行超声波分散处理；将单壁纳米碳管和纳米金属粉进行湿法超声波搅拌混合、烘干并冷压成型；在真空条件下对冷压后样品进行热压致密化处理。
本发明纳米碳管增强纳米金属基复合材料的制备方法中，超声波分散和超声波搅拌混合的最好处理时间均为30～120分钟。
当纳米金属粉为纳米金属铝粉时，真空热压致密化处理的最好处理参数为：温度200～500℃，真空度低于10-2Pa，压力为500～1500MPa。
本发明采用真空热压致密化处理，可以有效地消除裂纹、空洞等缺陷，提高致密度达98％。特别是对纳米铝粉，它可以破碎Al2O3膜，焊合Al晶粒-碳管，并使Al2O3碎膜弥散分布于基体中，起补强基体的作用。
对于铝基复合材料，由于纳米晶铝粉的表面包覆有＜1nm厚的Al2O3膜，具有良好的热稳定性，为了使材料具有良好的成型性和可加工性，选择热变形温度200～500℃。
本发明纳米碳管增强纳米金属基复合材料，增强相和基体相均为纳米尺度，使增强相分布更加弥散均匀，这就把纳米碳管弥散强化和金属基体的自身纳米强化相结合，形成高强度匹配，大幅度地提高了强化强度，获得了比强度和比刚度最高的金属基块体材料。
具体实施方式：
实施例1
首先，将提纯后的单壁纳米碳管和纳米Al粉分别进行超声波分散处理30分钟，然后将5vol.％的单壁纳米碳管和纳米Al粉进行湿法超声波搅拌混合30分钟，烘干并冷压成型为φ8×1.2mm的块体，在真空度低于10-2pa、压力为1GPa、温度为380℃条件下对冷压后样品进行温度的热压致密化处理。
所得样品的致密度大于95％，显微维氏硬度达到2.21GPa。
实施例2
首先，将纯净的多壁纳米碳管和纳米Al粉分别进行超声波分散处理30分钟，然后将8vol.％的多壁纳米碳管和纳米Al粉进行湿法超声波搅拌混合30分钟，烘干并冷压成型为φ8×1.2mm的块体，在真空度低于10-2pa、压力为1GPa、温度为380℃条件下对冷压后样品进行温度的热压致密化处理。
所得样品的致密度大于90％。
实施例3
首先，将提纯后的单壁纳米碳管和纳米Al粉分别进行超声波分散处理30分钟，然后将10vol.％的单壁纳米碳管和纳米Al粉进行湿法超声波搅拌混合30分钟，烘干并冷压成型为φ8×1.2mm的块体，在真空度低于10-2Pa、压力为1GPa、温度为260℃条件下对冷压后样品进行温度的热压致密化处理。
所得样品的致密度大于90％。
实施例4
首先，将提纯后的单壁纳米碳管和纳米Al粉分别进行超声波分散处理30分钟，然后将15vol.％的单壁纳米碳管和纳米Al粉进行湿法超声波搅拌混合30分钟，烘干并冷压成型为φ8×1.2mm的块体，在真空度低于10-2pa、压力为1GPa、温度为320℃条件下对冷压后样品进行温度的热压致密化处理。
所得样品的致密度大于90％。
实施例5
首先，将提纯后的单壁纳米碳管和纳米Al粉分别进行超声波分散处理30分钟，然后将20vol.％的单壁纳米碳管和纳米Al粉进行湿法超声波搅拌混合30分钟，烘干并冷压成型为φ8×1.2mm的块体，在真空度低于10-2Pa、压力为1GPa、温度为480℃条件下对冷压后样品进行温度的热压致密化处理。
所得样品的致密度大于98％。
Claims (2)
1、一种纳米碳管增强纳米金属基复合材料，其特征在于：该复合材料为块体材料，含有5～40vol％纳米碳管，其余为纳米金属；
所述纳米碳管直径为1～100nm，长度为1～50μm；纳米金属为纳米金属铝，晶粒度为20～100nm。
2、一种权利要求1所述纳米碳管增强纳米金属基复合材料的制备方法，其特征在于：以纳米碳管和纳米金属铝粉为原料，将提纯后的单壁纳米碳管和纳米金属铝粉分别进行超声波分散处理超声波分散处理时间为30～120分钟，超声波搅拌混合时间为30～120分钟；将单壁纳米碳管和纳米金属铝粉进行湿法超声波搅拌混合、烘干并冷压成型；在真空条件下对冷压后样品进行热压致密化处理，热压致密化处理温度为200～500℃，真空度低于10-2Pa，压力为500～1500MPa。
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