SK292013A3 - Composite material with homogenous distribution of carbon nano-tubes and a method for production thereof - Google Patents

Composite material with homogenous distribution of carbon nano-tubes and a method for production thereof Download PDF

Info

Publication number
SK292013A3
SK292013A3 SK29-2013A SK292013A SK292013A3 SK 292013 A3 SK292013 A3 SK 292013A3 SK 292013 A SK292013 A SK 292013A SK 292013 A3 SK292013 A3 SK 292013A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
carbon nanotubes
composite material
cnt
corundum
nanotubes
Prior art date
Application number
SK29-2013A
Other languages
Slovak (sk)
Inventor
Jaroslav Sedláček
Pavol Šajgalík
Ondrej Hanzel
Original Assignee
Ústav Anorganickej Chémie, Sav
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 Ústav Anorganickej Chémie, Sav filed Critical Ústav Anorganickej Chémie, Sav
Priority to SK29-2013A priority Critical patent/SK292013A3/en
Priority to PCT/SK2014/000007 priority patent/WO2014149007A1/en
Publication of SK292013A3 publication Critical patent/SK292013A3/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111Fine ceramics
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/10Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
    • C04B35/111Fine ceramics
    • C04B35/117Composites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/486Fine ceramics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/486Fine ceramics
    • C04B35/488Composites
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/56Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides
    • C04B35/565Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on carbides or oxycarbides based on silicon carbide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/584Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on silicon nitride
    • C04B35/587Fine ceramics
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62645Thermal treatment of powders or mixtures thereof other than sintering
    • C04B35/62655Drying, e.g. freeze-drying, spray-drying, microwave or supercritical drying
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/626Preparing or treating the powders individually or as batches ; preparing or treating macroscopic reinforcing agents for ceramic products, e.g. fibres; mechanical aspects section B
    • C04B35/62605Treating the starting powders individually or as mixtures
    • C04B35/62695Granulation or pelletising
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C26/00Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C47/00Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments
    • C22C47/14Making alloys containing metallic or non-metallic fibres or filaments by powder metallurgy, i.e. by processing mixtures of metal powder and fibres or filaments
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12Both compacting and sintering
    • B22F3/14Both compacting and sintering simultaneously
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/50Constituents or additives of the starting mixture chosen for their shape or used because of their shape or their physical appearance
    • C04B2235/52Constituents or additives characterised by their shapes
    • C04B2235/5284Hollow fibers, e.g. nanotubes
    • C04B2235/5288Carbon nanotubes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C26/00Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • C22C2026/002Carbon nanotubes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

Kompozitný materiál s homogénnou distribúciou uhlíkových nanorúrok, ktorý je tvorený oxidom hlinitým, korundom alebo oxidom zirkoničitým, alebo nitridom kremičitým, alebo karbidom kremičitým, alebo hliníkom s objemovým zastúpením 90 až 99,5 % a uhlíkovými nanorúrkami s objemovým zastúpením 0,5 až 10 %. Výsledný kompozitný materiál má hutnosť min. 99 % teoretickej hustoty pri súčasnom zabezpečení jemnozrnnej mikroštruktúry, v prípade korundovej matrice s priemernou veľkosťou častíc nižšou ako 1 |im. Spôsob prípravy kompozitného materiálu je založený na kombinácii metód stabilizácie CNT suspenzií s časticami keramiky alebo kovu, využitia „zamrznutia“ suspenzie po rozstrekovaní so tekutého dusíka s následným vymrazovacím sušením (lyofilizáciou) a zhutňovania spekaním v inertnej atmosfére pri použití alebo bez použitia tlaku na zhutňovaný kompozitný materiál. A composite material with a homogeneous distribution of carbon nanotubes consisting of alumina, corundum or zirconium oxide, or silicon nitride, or silicon carbide, or aluminum with a volume distribution of 90 to 99.5% and carbon nanotubes of 0.5 to 10% by volume . The resulting composite material has a min. 99% of theoretical density while ensuring fine-grained microstructure, in case of corundum matrix with average particle size less than 1 µm. The method of preparing the composite material is based on a combination of methods of stabilizing CNT suspensions with ceramic or metal particles, utilizing the "freezing" of the suspension after spraying with liquid nitrogen followed by freeze-drying and sintering under inert atmosphere using or without compressed composite. material.

Description

Technické riešenie sa týka oblasti kompozitných materiálov na báze uhlíkových nanorúrok (z angl. carbon nanotubes, CNT) a technológií používaných pri výrobe týchto materiálov.The technical solution concerns the area of carbon nanotubes (CNT) composite materials and technologies used in the production of these materials.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Dosiahnutie homogénnej distribúcie uhlíkových nanorúrok v matrici keramiky alebo kovu predstavuje problém z dôvodu, že uhlíkové nanorúrky (ďalej len CNT) vykazujú výraznú tendenciu vytvárať aglomeráty vo forme zväzkov z dôvodu van der Waalsových síl ako dôsledok veľkého špecifického povrchu a pomeru priemeru k dĺžke CNT. Vysoký obsah CNT v kompozitných materiáloch tak vedie k ich aglomerácii, čo spôsobuje obmedzenie požadovaných fyzikálnych a mechanických vlastností výsledných kompozitných materiálov.Achieving a homogeneous distribution of carbon nanotubes in a ceramic or metal matrix is a problem because carbon nanotubes (CNTs) show a strong tendency to form agglomerates in bundles due to van der Waals forces due to the large specific surface area and diameter to length ratio of CNT. Thus, the high CNT content of the composite materials leads to their agglomeration, thereby limiting the desired physical and mechanical properties of the resulting composite materials.

Spôsoby na dosiahnutie homogénnej distribúcie diskrétnych CNT v matrici keramického, resp. kovového materiálu boli doteraz intenzívne skúmané. Na základe výskumov boli navrhnuté rôzne prístupy disperzácie CNT v matrici, napr. konvenčným miešaním práškov pomocou ultrazvuku alebo guľového mletia; koloidným procesom s prídavkom disperzantov, surfaktantov alebo pôsobením kyselín; sól-gél technikou uchytenia CNT sietí vzniknutého gélu; ako aj in-situ syntézou (rastom) CNT pomocou techniky depozície pár (angl. Chemical vapor deposition, CVD).Methods for achieving a homogeneous distribution of discrete CNTs in a ceramic or ceramic matrix, respectively. The metallic material has so far been intensively investigated. Various approaches to the dispersion of CNT in the matrix have been suggested, e.g. by conventional powder mixing by ultrasound or ball milling; a colloidal process with the addition of dispersants, surfactants or acid treatment; a sol-gel technique of attaching the CNT nets of the resulting gel; as well as in-situ synthesis (growth) of CNT using the Chemical vapor deposition (CVD) technique.

Konvenčné miešanie práškov, používané vo všeobecnosti pri dispergácii sekundárnej fázy v kompozitoch, nemá v prípade homogenizácie CNT vysokú účinnosť z dôvodu možného mechanického poškodenia CNT, čo obmedzuje použitie vysokej energie miešania. Aplikácia konvenčného miešania bola sledovaná na rôznych typoch materiáloch ako napr. oxid hlinitý, nitrid kremičitý, atď. ako sa uvádza aj v nasledujúcich dokumentoch [1-5]:Conventional blending of powders, generally used to disperse the secondary phase in composites, does not have a high efficiency in the case of CNT homogenization due to possible mechanical damage to the CNT, which limits the use of high mixing energy. The application of conventional mixing has been observed on various types of materials such as e.g. aluminum oxide, silicon nitride, etc. as also mentioned in the following documents [1-5]:

[1] Zhan G.D., Kuntz J.D:, Wan J., Mukherjee A.K. Nat. Mater. 2003, 2, 38-42 [2] Zhan G.D., Kuntz J.D:, Garay J.E., Mukheijee A.K. Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 1228-1230 [3] Wang J., Kou H.M., Liu X.J., Pan Y.B., Guo J.K. Ceram. Int. 2007, 33, 719-722 [4] Balaszi C., Shen Z., Konia Z., Kasztovski Z., Weber F., Vertesy Z., et al. Compos. Sci. Technol. 2005, 65, 727-733 [5] Balaszi C., Sedlackova K., Czigany Z. Compos. Sci. Technol. 2008, 68, 1596-1599[1] Zhan G.D., Kuntz J.D., Wan J., Mukherjee A.K. Nat. Mater. 2003, 2, 38-42 [2] Zhan G.D., Kuntz J.D., Garay J.E., Mukheijee A.K. Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 1228-1230 [3] Wang J., Kou H. M., Liu X.J., Mr. Y.B., Guo J.K. Ceram. Int. 2007, 33, 719-722 [4] Balaszi, C., Shen, Z., Konia, Z., Kasztovski, Z., Weber, F., Vertesy, Z., et al. Compos. Sci. Technol. 2005, 65, 727-733 [5] Balaszi C., Sedlackova K., Czigany Z. Compos. Sci. Technol. 2008, 68, 1596-1599

Koloidný proces využíva zmenu, resp. úpravu chémie povrchu CNT, čím dochádza k ich stabilizácii v suspenzii s časticami keramiky alebo kovu. Úprava CNT vyžaduje ich funkcionalizáciu, nakoľko syntetizované CNT majú nízky povrchový náboj. Navyše obsahujú nečistoty pochádzajúce zo samotnej syntézy (amorfný uhlík) ako aj zvyšky kovového katalyzátora. Použitím úpravy v kyselinách dochádza aj k vyčisteniu CNT a zároveň funkcionalizácii naadsorbovaním alebo vytvorením funkčných skupín (väčšinou s negatívnym nábojom), a to najmä karboxylových kyselín a kyslík obsahujúcich skupín. Funkcionalizáciou dochádza taktiež k zmene hydrofóbneho charakteru CNT na hydrofilný, čo výrazne uľahčuje ďalšie spracovanie najmä pri použití polárnych kvapalín ako média pre suspenzie, ako uvádzajú nasledujúce zdroje [6-9]:The colloidal process uses change, respectively. treating the surface chemistry of the CNT, thereby stabilizing it in suspension with the ceramic or metal particles. Treatment of CNTs requires their functionalization, as the synthesized CNTs have a low surface charge. In addition, they contain impurities derived from the synthesis itself (amorphous carbon) as well as metal catalyst residues. The use of an acid treatment also purifies the CNT and at the same time functionalises by adsorption or by the formation of functional groups (mostly negatively charged), in particular of carboxylic acids and oxygen-containing groups. Functionalization also changes the hydrophobic nature of CNT to hydrophilic, which greatly facilitates further processing, especially when using polar liquids as suspension media, as indicated by the following sources [6-9]:

[6] Liu J., Rinzler AG, Dai H, Hafiier JH, Bradley RK, Boul PJ, et al. Fullerene pipes. Science 1998;280:1253-6.[6] Liu J, Rinzler AG, Dai H, Hafiier J H, Bradley RK, Boul PJ, et al. Fullerene pipes. Science 1998; 280: 1253-6.

[7] Esumi K, Ishigami M, Nakajima A, Awada KS, Hodna H. Chemical treatment of carbon nanotubes. Carbon 1996;34:279-81.[7] Esumi K, Ishigami M, Nakajima A, Awada KS, Hodna H. Chemical treatment of carbon nanotubes. Carbon 1996; 34: 279-81.

[8] Kim B, Park II, Sigmund W. Electrostatic Interactions bctween shortcned multiwalled carbon nanotubes and polyelectrolytes. Langmuir 2003;19:2525-7.[8] Kim B, Park II, Sigmund W. Electrostatic Interactions of short-range multi-carbon nanotubes and polyelectrolytes. Langmuir 2003; 19: 2525-7.

[9] Hu H, Yu A, Kim E, Zhao B, Itkis ME, Bekyarova E, et al. Influence of the zeta potential on the dispesability and purification of single-walled carbon nanotues. J Phys Chem B 2005;109:11520-4[9] Hu H, Yu A, Kim E, Zhao B, Itkis ME, Bekyarova E, et al. Influence of zeta potential on disposability and purification of single-walled carbon nanotues. J Phys Chem B 2005; 109: 11520-4

Sól-gél proces, ako alternatívny spôsob homogenizácie CNT, využíva miešanie CNT s príslušným sólom, pričom nedochádza k negatívnym javom ako je deštrukcia CNT, ako v prípade miešania s práškami, odmiešaniu tuhých fáz v dôsledku rozdielnych hustôt častíc keramiky alebo kovu a CNT. Zmes sól-CNT sa v dôsledku gelačných činidiel, resp. zmenou podmienok (pH, teplota, vlhosť) transformuje na gél, čím sa takýto systém stáva tuhým (zvyšuje sa viskozita) a teda zamedzuje tvorbe agregátov CNT. Následne je systém gél-CNT prevedený tepelným spracovaním na zmes práškov a CNT. Nevýhodou takéhoto postupuje možnosť pripraviť kompozitné materiály iba s keramickou matricou, negatívnym faktorom aj ekonomická náročnosť výroby a vysoká cena vstupných surovín, najmä keramických prekurzorov.The sol-gel process, as an alternative method of homogenizing CNT, utilizes mixing of CNT with the appropriate sol, while avoiding negative phenomena such as destruction of CNT, such as mixing with powders, mixing of solid phases due to different densities of ceramic or metal particles and CNT. The sol-CNT mixture is due to gelling agents and / or gels. by changing the conditions (pH, temperature, humidity) it transforms into a gel, thereby making such a system rigid (increasing viscosity) and thus preventing the formation of CNT aggregates. Subsequently, the gel-CNT system is converted into a mixture of powders and CNT by heat treatment. The disadvantage of such a process is the possibility to prepare composite materials with only ceramic matrix, negative factor also economical demands of production and high price of raw materials, especially ceramic precursors.

Z doterajších postupov prípravy kompozitných materiálov s homogénnou distribúciou CNTv matrici keramiky alebo kovu sa v súčasnosti najviac využíva in-situ metóda rastu CNT v matrici cez plynnú fázu (CVD technika). Táto technika je vhodná pre keramiku, aj pre kovy. Homogenita výslednej distribúcie CNT v kompozitnom materiáli je ale v tomto prípade limitovaná dosiahnutím homogénnej distribúcie katalyzátorov, na ktorých prebieha rast CNT. Ďalším faktorom obmedzujúcim širšie využitie postupu je jeho ekonomická náročnosť a nutnosť použitia matrice s relatívne vysokou otvorenou pórovitosťou. Toto však pri príprave hutných kompozitov spekaním predstavuje zvýšenie nákladov spojených s týmto technologickým krokom (použitie vyššej teploty spekania, predĺženie doby spekania, použitie tlaku), pričom okrem ekonomickej záťaže sa jedná aj o záťaž ekologickú (pri procese je vyššia spotreba energie).Of the prior art processes for the preparation of composite materials with a homogeneous CNT distribution in a ceramic or metal matrix, the in-situ method of growth of CNT in a gas-phase matrix (CVD technique) is currently most used. This technique is suitable for both ceramics and metals. However, the homogeneity of the resulting CNT distribution in the composite material is limited in this case by achieving a homogeneous distribution of the CNT catalysts. Another factor limiting the wider application of the process is its economic demands and the necessity of using a matrix with relatively high open porosity. However, in the preparation of dense composites by sintering, this entails an increase in the costs associated with this technological step (using a higher sintering temperature, prolonging the sintering time, applying pressure), and in addition to economic burden it is also ecological (higher energy consumption).

Keramika na báze oxidu hlinitého (t.j. korundová keramika) je významným materiálom používaným najmä v konštrukciách rôznych strojov, zariadení a súčiastok. Dôvodom jej širokého využitia sú jej vlastnosti, ako je nízka hustota, tvrdosť, odolnosť voči opotrebeniu, korózií a teplote, chemická stálosť aj za vysokých teplôt. Korundová keramika má však aj nízku lomovú húževnatosť a nízku odolnosť voči teplotným šokom, ktoré bránia jej širšiemu využitiu. Prídavkom uhlíkových nanorúrok (CNT) do korundovej matrice je možné dosiahnuť podstatné zlepšenie jej mechanických vlastností (lomovej húževnatosti) a dosiahnuť rozšírenie aplikačného potenciálu korundovej keramiky zlepšením jej funkčných vlastností (najmä tepelnej a elektrickej vodivosti).Alumina-based ceramics (i.e., corundum ceramics) is an important material used mainly in the construction of various machines, devices and components. The reason for its wide use is its properties such as low density, hardness, resistance to wear, corrosion and temperature, chemical stability even at high temperatures. However, corundum ceramics also have low fracture toughness and low resistance to thermal shocks, which prevent its wider use. By adding carbon nanotubes (CNTs) to the corundum matrix, it is possible to substantially improve its mechanical properties (fracture toughness) and to extend the application potential of corundum ceramics by improving its functional properties (especially thermal and electrical conductivity).

Na dosiahnutie zlepšených vlastností korundovej keramiky je potrebné zabezpečiť v kompozitnom systéme CNT homogénnu distribúciu oboch fáz v celom objeme materiálu.In order to achieve improved properties of corundum ceramics, it is necessary to ensure a homogeneous distribution of both phases throughout the bulk of the material in the CNT composite system.

Z pohľadu kompozitných materiálov na báze oxidu hlinitého (korundu) bolo hlavným problémom ich prípravy práve dosiahnutie homogénnej distribúcie CNT v korundovej matrici a v súvislosti stým aj zhutňovanie takýchto kompozitných materiálov. Doterajšie riešenia boli zamerané najmä na využitie poznatkov a metód stabilizácie CNT pomocou disperzných prísad, surfaktantov, funkcionalizáciou povrchu CNT, využitím sól-gél metódy ako aj prístupu in-situ rastu CNT v matrici.From the point of view of alumina-based composite materials (corundum), the main problem with their preparation was precisely the achievement of a homogeneous CNT distribution in the corundum matrix and, in connection therewith, the compaction of such composite materials. The present solutions have focused mainly on the use of knowledge and methods of stabilizing CNT by means of dispersing additives, surfactants, functionalization of the CNT surface, using the sol-gel method as well as the in-situ approach of CNT growth in the matrix.

Krehkosť korundovej keramiky je najväčšou nevýhodou z hľadiska jej aplikačných možností. Dôležitá vlastnosť, ktorá charakterizuje vznik a šírenie trhlín je lomová húževnatosť, a preto sa za účelom zlepšenia lomovej húževnatosti kompozitov založených na AI2O3 najviac publikovaných prác sústredilo na zhúževnatenie týchto materiálov. Mechanické vlastnosti CNT sa používajú ako spevňujúci element v keramickej matrici s cieľom zlepšiť lomovú húževnatosť, tvrdosť a pevnosť v ohybe [1, 2], Výsledky výskumov v tejto oblasti sú rozporuplné. Niektorí autori uvádzajú zlepšenie lomovej húževnatosti A12O3 - CNT nanokompozitu. Autori [3] dosiahli lomovú húževnatosť A12O3 - SWCNTs kompozitu 6,4 ± 0,3 MPa.m1/2, čo je dvakrát viac ako u monokryštalického A12O3. Zhan a kol. dosiahli pri kompozite na báze A12O3 s 10 obj. % SWCNTs dokonca takmer trojnásobné zlepšenie oproti monokryštalickej A12O3 keramike, Siegel a kol. dosiahli zlepšenie o 24 % pri kompozite obsahujúcom 10 obj. % mnohostenných uhlíkových nanorúrok (ďalej len MWCNT) [4], Autori [5] dosiahli pri AI2O3 - MWCNT kompozite obsahujúcom 3 obj. % CNTs lomovú húževnatosť vyššiu o 79 % v porovnaní s nanokryštalickou keramikou. Iní autori, Laurent a kol. [6], Wang a kol. a Sun a kol. nezaznamenali žiadne alebo slabé zlepšenie lomovej húževnatosti v porovnaní s monokryštalickou korundovou keramikou [4, 7], Pevnosť v ohybe sa zvyšuje s rastúcim obsahom CNTs až do dosiahnutia určitej hranice, pri ktorej je vyššia pravdepodobnosť vzniku aglomerátov, a tiež vyššia pórovitosť [8], Pokiaľ ide o tvrdosť týchto kompozitov, majú väčšinou nižšiu tvrdosť v porovnaní s monokryštalickým AI2O3. Možnými dôvodmi sú slabé väzby medzi CNTs a zrnami AI2O3, lubrikačná povaha CNTs a taktiež prítomnosť relatívne mäkkej fázy (tvrdosť viacstenných nanotrubiek v radiálnom smere j e 6 - 10 GPa) na hraniciach zŕn [9].The brittleness of corundum ceramic is the biggest disadvantage in terms of its application possibilities. An important property that characterizes the formation and propagation of cracks is fracture toughness, and therefore, in order to improve the fracture toughness of AI2O3-based composites, most of the published works have focused on the toughening of these materials. The mechanical properties of CNT are used as a reinforcing element in a ceramic matrix to improve fracture toughness, hardness and flexural strength [1, 2]. Research findings in this field are inconsistent. Some authors report an improvement in the fracture toughness of Al 2 O 3 - CNT nanocomposite. The authors [3] achieved the fracture toughness of the A1 2 O 3 - SWCNTs of the composite of 6.4 ± 0.3 MPa.m 1/2 , which is twice as high as the single crystalline A1 2 O 3 . Zhan et al. with an Al 2 O 3 composite with 10 vol. % SWCNTs even nearly three-fold improvement over monocrystalline Al 2 O 3 ceramics, Siegel et al. achieved an improvement of 24% for a composite containing 10 vol. % of polyhedronic carbon nanotubes (MWCNT) [4], the authors [5] achieved an Al2O3 - MWCNT composite containing 3 vol. % CNTs of fracture toughness higher by 79% compared to nanocrystalline ceramics. Other authors, Laurent et al. [6], Wang et al. and Sun et al. have not observed any or slight improvement in fracture toughness compared to monocrystalline corundum ceramics [4, 7]. As far as the hardness of these composites is concerned, they usually have a lower hardness compared to monocrystalline Al2O3. Possible reasons are weak links between CNTs and AI2O3 grains, the lubricating nature of CNTs, and also the presence of a relatively soft phase (hardness of the polystyrene nanotubes in the radial direction is 6-10 GPa) at grain boundaries [9].

Mechanické vlastnosti takto pripravených materiálov zaostávajú za požiadavkami. Je to spôsobené problémami, ktoré nastávajú pri výrobe AI2O3-CNT nanokompozitov, pričom kľúčovým problémom je dosiahnuť homogénnu distribúciu CNTs v keramickej matrici. Na dosiahnutie uniformnej distribúcie bolo navrhnutých niekoľko postupov, ktoré zahŕňajú miešanie na molekulárnej úrovni, ktoré pozostáva z reakcie medzi funkcionalizovanými CNTs a kovovými iónmi v roztoku ([10] CHA, S. I. et al.: In Scripta Materialia, 2005, vol. 53, p. 793 -797), ďalej in situ syntéza CNT v keramickej matrici, príprava rozdispergovaných suspenzií A12O3 a CNTs použitím ultrazvuku alebo mletie v atritore s povrchovo aktívnou látkou ([11] ZHANG, S. C. et al.: In J Eur. Ceram. Soc., 2010, vol. 30, p. 1373-1380), príprava AI2O3 - MWCNT použitím prekurzorov ([12] YAMAMOTO, G. et al.: In Diamond and Related Materials, 2008, vol. 17, p. 1554-1557), povlakovanie nanorúrok vrstvou AI2O3 ([13] ESTILI, M., KAWASAKI, A.: In Scripta Materialia, 2008, vol. 58, p. 906-909), a ďalšie.The mechanical properties of the materials thus prepared are below the requirements. This is due to the problems encountered in the production of Al2O3-CNT nanocomposites, the key problem being to achieve a homogeneous distribution of CNTs in the ceramic matrix. Several approaches have been proposed to achieve uniform distribution, including molecular-level mixing, which consists of a reaction between functionalized CNTs and metal ions in solution ([10] CHA, SI et al.: In Scripta Materialia, 2005, vol. 53, p. 793-797), further in situ synthesis of CNT in a ceramic matrix, preparation of dispersed suspensions of Al 2 O 3 and CNTs using ultrasound or milling in a surfactant attritor ([11] ZHANG, SC et al .: In J Eur. Ceram. Soc., 2010, vol. 30, p. 1373-1380), preparation of AI2O3-MWCNT using precursors ([12] YAMAMOTO, G. et al .: In Diamond and Related Materials, 2008, vol. 17, p. 1554) -1557), Al2O3 coating of nanotubes ([13] ESTILI, M., KAWASAKI, A .: In Scripta Materialia, 2008, vol. 58, p. 906-909), and others.

Samotná uniformná distribúcia CNTs vo vnútri matrice nestačí na zlepšenie vlastností materiálu. Ďalším problémom je slabá medzifázová kompatibilita spôsobená chemickou nehomogenitou týchto dvoch fáz kvôli rozličnému charakteru väzieb medzi CNTs a matricou a silná tendencia CNTs k tvorbe klastrov, ktoré sú viazané príťažlivými Van der Waalsovými silami [13], ([14] LIU, S. et al.: In Carbon, 2011, vol. 49, p. 3698-3704), ([15] SARKAR, S., DAS, P. K.: In Ceramics International, 2012, vol. 38, p. 423-432). Je tiež treba dosiahnuť vysokú hutnosť týchto kompozitov, t.j optimalizovať proces spekania bez degradácie CNTs. Vystavenie nanorúrok vysokej teplote (nad 1250 °C) môže zničiť štruktúrnu integritu uhlíkových nanorúrok, čo vedie k zlyhaniu mnohých ich mechanizmov zhúževnatenia [8], Na zhutnenie keramických AI2O3-CNT kompozitov boli použité rôzne metódy spekania, ako sú beztlakové spekanie, žiarové lisovanie a metóda SPS. Ako najperspektívnejšia sa javí metóda SPS, ktorá umožňuje dosiahnuť vysoké hutnosti pri nižších teplotách a kratších dobách výdrže v porovnaní s konvenčnými metódami, čo znižuje pravdepodobnosť poškodenia štruktúry CNT a tiež zabraňuje rastu zŕn [4, 5, 10, 15], Samotná prítomnosť uhlíkových nanorúrok bráni rastu zŕn a vo všeobecnosti platí, že zjemnenie štruktúry materiálu má pozitívny vplyv na zlepšenie jeho pevnosti, tvrdosti, odolnosti voči opotrebeniu a odolnosti voči teplotným šokom. Navyše, zjemnenie štruktúry tiež zlepšuje lomovú húževnatosť mnohých materiálov [9], Mechanizmy zhúževnatenia vkompozitoch tohto typu zahŕňajú vychýlenie trhliny, premostenie trhliny, vyťahovanie nanorúrok [3, 14] a ([16] HE, C. N. et al.: In Journal of Alloys and Compounds, 2009, vol. 478, p. 816-819).The uniform distribution of CNTs within the matrix alone is not sufficient to improve the material properties. Another problem is the weak interfacial compatibility due to the chemical inhomogeneity of the two phases due to the different nature of the CNTs-matrix linkages and the strong tendency of the CNTs to form clusters that are bound by attractive Van der Waals forces [13], ([14] LIU, S. et al .: In Carbon, 2011, vol. 49, p. 3698-3704), ([15] Sarkar, S., DAS, PK: In Ceramics International, 2012, vol. 38, p. 423-432). It is also necessary to achieve a high density of these composites, i.e. to optimize the sintering process without degrading the CNTs. Exposing nanotubes to high temperatures (above 1250 ° C) can destroy the structural integrity of carbon nanotubes, leading to the failure of many of their toughening mechanisms [8]. Various sintering methods, such as non-pressure sintering, hot pressing, and compaction have been used to compact ceramic AI2O3-CNT composites. SPS method. The SPS method seems to be the most promising, making it possible to achieve high densities at lower temperatures and shorter holding times compared to conventional methods, reducing the likelihood of CNT damage and also preventing grain growth [4, 5, 10, 15]. it prevents grain growth, and in general, refining the structure of the material has a positive effect on improving its strength, hardness, wear resistance and resistance to thermal shocks. In addition, the refinement of the structure also improves the fracture toughness of many materials [9]. Tensile mechanisms in composites of this type include crack deflection, crack bridging, nanotube drawing [3, 14] and ([16] HE, CN et al .: In Journal of Alloys and Compounds, 2009, vol. 478, pp. 816-819).

Ďalšie výskumy sa sústredili na vplyv CNTs na funkčné vlastnosti korundovej keramiky. Korundová keramika je izolant s elektrickou vodivosťou rádovo 10'10 - 10'12 S/m. Prídavok CNTs, ako zložky s vysokou vodivosťou, môže výrazne zvýšiť elektrickú vodivosť. Podobne ako pri mechanických vlastnostiach, aj tu je veľmi dôležitá homogénna distribúcia CNTs v matrici a pevné medzifázové rozhranie medzi nanorúrkami a A12O3. Elektrické vlastnosti nanokompozitu sú potom závislé najmä od obsahu CNTs, hutnosti keramiky a od podmienok spekania. Zhan akol. dosiahli u nanokompozitu SWCNT-AI2O3 elektrickú vodivosť 3345 S/m pri 15 obj. % SWCNT, spekaného použitím metódy SPS ([17] KUMARI, L. et al.: In Ceramics International, 2009, vol. 35, p. 1775-1781). Autori ([18] INAM, F. et al.: In J. Eur. Ceram. Soc., 2010, vol. 30, p. 153-157) dosiahli elektrickú vodivosť na úrovni 576 S/m pre AI2O3-CNT nanokompozit s 5 obj. % MWCNT. Na spekanie bola použitá metóda SPS, ktorá zachováva štruktúrnu integritu CNTs, čo je veľmi dôležité pre zlepšenie elektrickej vodivosti nanokompozitu. Taktiež sa elektrická vodivosť týchto nanokompozitov zvyšovala s rastúcou veľkosťou zŕn, čo je spôsobené zvyšujúcim sa počtom vodivých ciest na hraniciach zŕn, kde sú nanorúrky umiestnené [18],Further research has focused on the influence of CNTs on the functional properties of corundum ceramics. Alumina ceramic insulator in the electrical conductivity of the order of 10 "10 to 10" 12 S / m. The addition of CNTs as a high conductivity component can significantly increase the electrical conductivity. As with mechanical properties, the homogeneous distribution of CNTs in the matrix and the solid interfacial interface between nanotubes and Al 2 O 3 are very important here. The electrical properties of the nanocomposite then depend mainly on the content of CNTs, the density of the ceramic and the sintering conditions. Zhan et al. achieved an electrical conductivity of 3345 S / m at 15 vol.% for the nanocomposite SWCNT-AI2O3. % SWCNT, sintered using the SPS method ([17] KUMARI, L. et al .: In Ceramics International, 2009, vol. 35, p. 1775-1781). The authors ([18] INAM, F. et al .: In J. Eur. Ceram. Soc., 2010, vol. 30, p. 153-157) achieved an electrical conductivity of 576 S / m for the AI2O3-CNT nanocomposite with 5 vol. % MWCNT. The SPS method was used for sintering, which preserves the structural integrity of CNTs, which is very important for improving the electrical conductivity of the nanocomposite. Also, the electrical conductivity of these nanocomposites increased with increasing grain size, due to the increasing number of conductive paths at the grain boundaries where the nanotubes are located [18],

Pre zlepšenie tepelnej vodivosti materiálu je rovnako dôležitá homogénna distribúcia nanorúrok v matrici a zabránenie tvorby aglomerátov, pretože tepelná vodivosť CNT klastrov je o 3 poriadky nižšia ako vodivosť individuálnych CNTs. Neusporiadané CNT filmy majú vodivosť okolo 30 W/m.K a magneticky usporiadané CNT filmy majú tepelnú vodivosť okolo 200 W/m.K. Taktiež defekty v CNTs znižujú ich tepelnú vodivosť ([19] BAKSHI, S. R. et al.: In Computational Materials Science, 2010, vol. 50, p. 419-428). Pridanie CNTs do matrice (kovovej alebo keramickej) ukazuje veľký potenciál pre zlepšenie tepelnej vodivosti. Shi akol. ukázali, že prídavok 10 obj. % CNT povlakovaných meďou do W-Cu prášku zvýšil tepelnú vodivosť žiarovo lisovaných vzoriek zo 180,97 na 640,53 W/m.K ([20] SHI, X. L. et al.: In Materials Science and Engineering A, 2007, vol. 457, p. 18-23). Autori ([21] KUMARI, L. et al.: In Composites Science and Technology, 2008, vol. 68, p. 2178-2183) dosiahli najvyššiu tepelnú vodivosť 90,4 W/m.K meranú pri teplote 100 °C pre AI2O3-CNT nanokompozit s obsahom 7,39 hm. % CNT, čo je zlepšenie o 229 % v porovnaní s čistým AI2O3. Tento kompozit bol spekaný pri teplote 1 550°C pomocou metódy SPS. Autori pripisujú toto zlepšenie niekoľkým faktorom: v aglomerátoch CNTs viazaných van der Waalsovými silami dochádza častejšie k rozptylu fonónov a tým k zníženiu tepelnej vodivosti, preto je homogénna distribúcia nanorúrok nevyhnutná pre zvýšenie tepelnej vodivosti, vyššia teplota spekania počas SPS procesu viedla k zvýšeniu tepelnej vodivosti, čo je pravdepodobne spôsobené vyššou hutnosťou a teda nižšou pórovitosťou [21],Homogeneous distribution of nanotubes in the matrix and avoiding agglomerate formation are also important to improve the thermal conductivity of the material, since the thermal conductivity of CNT clusters is 3 orders of magnitude lower than that of individual CNTs. Unordered CNT films have a conductivity of about 30 W / m.K and magnetically arranged CNT films have a thermal conductivity of about 200 W / m.K. Also defects in CNTs reduce their thermal conductivity ([19] BAKSHI, S.R. et al .: In Computational Materials Science, 2010, vol. 50, p. 419-428). The addition of CNTs to the matrix (metal or ceramic) shows great potential for improving thermal conductivity. Shi et al. showed that the addition of 10 vol. % CNT coated with copper in W-Cu powder increased the thermal conductivity of the hot pressed samples from 180.97 to 640.53 W / mK ([20] SHI, XL et al .: In Materials Science and Engineering A, 2007, vol. 457, p. 18-23). The authors ([21] KUMARI, L. et al .: In Composites Science and Technology, 2008, vol. 68, p. 2178-2183) achieved the highest thermal conductivity of 90.4 W / mK measured at 100 ° C for Al 2 O 3 - CNT nanocomposite containing 7.39 wt. % CNT, an 229% improvement over pure Al 2 O 3. This composite was sintered at 1550 ° C by SPS. The authors attribute this improvement to several factors: phonons scattered more frequently in agglomerates bound by van der Waals forces, thereby reducing thermal conductivity; which is probably due to higher density and hence lower porosity [21],

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Nedostatky doterajších riešení do značnej miery odstraňuje kompozitný materiál s homogénnou distribúciou uhlíkových nanorúrok pripravený spôsobom podľa tohto vynálezu.The disadvantages of the prior art are largely overcome by a composite material with a homogeneous distribution of carbon nanotubes prepared by the process of the present invention.

Popisované riešenie sa zaoberá kompozitným materiálom s obsahom uhlíkových nanorúrok a spôsobom jeho výroby, vďaka ktorému je možné dosiahnuť významnú zmenu vlastností materiálu zvýšením jeho lomovej húževnatosti, zvýšením elektrickej vodivosti a zvýšením tepelnej vodivosti. Vynález partikuláme rieši problém dosiahnutia homogénnej distribúcie uhlíkových nanorúrok. Kompozitný materiál s homogénnou distribúciou uhlíkových nanorúrok je tvorený oxidom hlinitým, korundom alebo oxidom zirkoničitým alebo nitridom kremičitým alebo karbidom kremičitým alebo hliníkom s objemovým zastúpením 90 až 99,5 % a uhlíkovými nanorúrkami s objemovým zastúpením 0,5 až 10 %. Uhlíkové nanorúrky sú napríklad distribuované v matrici oxidu hlinitého (korundu), a výsledný kompozitný materiál vykazuje vysokú hutnosť min. 99% teoretickej hustoty, pričom je zachovaná homogénna distribúcia uhlíkových nanorúrok pri súčasnom zabezpečení jemnozmnej mikroštruktúry korundovej matrice s priemernou veľkosťou častíc nižšou ako 1 pm.The present invention deals with a composite material containing carbon nanotubes and a method for its production, which can achieve a significant change in material properties by increasing its fracture toughness, increasing electrical conductivity and increasing thermal conductivity. The present invention solves the problem of achieving a homogeneous distribution of carbon nanotubes. The composite material with a homogeneous distribution of carbon nanotubes consists of alumina, corundum or zirconium dioxide or silicon nitride or silicon carbide or aluminum with a volume fraction of 90 to 99.5% and carbon nanotubes with a volume fraction of 0.5 to 10%. For example, carbon nanotubes are distributed in an alumina matrix (corundum), and the resulting composite material exhibits a high densities of min. 99% of the theoretical density while maintaining a homogeneous distribution of carbon nanotubes while providing a fine-grain microstructure of corundum matrix with an average particle size of less than 1 µm.

Spôsob prípravy kompozitného materiálu podľa tohto riešenia spočíva v kombinácii metód stabilizácie CNT suspenzií s časticami keramiky alebo kovu a využitia „zamrznutia“ suspenzie po rozstrekovaní so tekutého dusíka s následným vymrazovacím sušením (lyofilizáciou).The method of preparing the composite material according to this solution consists in combining methods of stabilizing CNT suspensions with ceramic or metal particles and utilizing the "freezing" of the suspension after spraying with liquid nitrogen followed by freeze-drying (lyophilization).

Technológia prípravy je v prvom kroku založená na rozrušení zhlukov CNT pôsobením kyselín, konkrétne kyseliny sírovej a dusičnej v objemovom pomere 3:1. V tomto kroku prípravy materiálu dochádza k narušeniu van der Walsovských síl pôsobiacih medzi jednotlivými nanorúrkami a zároveň k odstráneniu zvyškov katalyzátorov (po samotnej výrobe CNT) a voľného amorfného uhlíka (je nežiadúci kvôli znehodnocujúcim vlastnostiam). Pre zvýšenie účinnosti úpravy je vhodné použiť súčasné pôsobenie ultrazvuku, ktoré napomáha oddeleniu jednotlivých nanorúrok. Následne sú takto upravené CNT odfiltrované a premývané vodou, na odstránenie kyselín. V druhom kroku sú upravené CNT primiešané do vodnej (v literatúre sa bežne používajú iné typy kvapalného média - izopropanol, resp. iné vyššie alkoholy, hexán) suspenzie s príslušným materiálom (napríklad práškov keramiky alebo kovov) s prídavkom vhodného stérického stabilizátora (sodium dodecyl sulphate, dimetyl-formamid). Počas tohto kroku dochádza k homogenizácii medzi časticami prášku a nanorúrkami, pričom v dôsledku organických molekúl stabilizátora dochádza k stabilizácii suspenzie (zmesi) ako celku. Homogenizácie suspenzie môže prebiehať miešaním za prítomnosti mlecích telies (balí milling, attrition milling). V tomto kroku je možné použitie aj iných prídavkov, ktoré plnia úlohu granulačných prísad (binder agent, čiže lepidlo). V treťom kroku dochádza k rozprášeniu (rozstrekovaniu) stabilnej suspenzie do tekutého dusíka, kde pri teplote -196 °C dochádza k okamžitému zamrznutiu nosného média (vody) a teda k zamrznutiu zmesi prášku keramiky alebo kovu a CNT. Pre odstránenie prítomnosti vody, resp. zabráneniu prevedenia skupenstva naspäť do kvapalného stavu (toto by mohlo viesť k oddeleniu jednotlivých fáz od seba v dôsledku rozdielnych hustôt) je potrebne prítomnú vodu v tuhom skupenstve odstrániť sublimáciou (lyofílizáciou pri redukovanom tlaku).In the first step, the preparation technology is based on the destruction of CNT clumps by the action of acids, in particular sulfuric and nitric acids, in a volume ratio of 3: 1. In this material preparation step, the van der Wals forces acting between the individual nanotubes are disrupted, and at the same time the catalyst residues (after CNT production) and free amorphous carbon are removed (undesirable due to degrading properties). To increase the efficiency of the treatment, it is advisable to use the simultaneous action of ultrasound, which helps to separate the individual nanotubes. Subsequently, the treated CNTs are filtered and washed with water to remove acids. In the second step, the treated CNTs are admixed with aqueous (other types of liquid medium - isopropanol, or other higher alcohols, hexane) are commonly used in the suspension, with appropriate material (e.g. ceramic or metal powders) with the addition of a suitable steric stabilizer (sodium dodecyl sulphate). , dimethylformamide). During this step, homogenization occurs between the powder particles and the nanotubes, and the suspension (mixture) as a whole stabilizes due to the organic stabilizer molecules. Homogenization of the suspension may be by stirring in the presence of grinding bodies (package milling, attrition milling). In this step it is also possible to use other additives which act as granulating additives (binder agent). In the third step, a stable suspension is sprayed (sprayed) into liquid nitrogen, where at -196 ° C the carrier medium (water) is immediately frozen and thus the mixture of ceramic powder or metal and CNT is frozen. To remove the presence of water, respectively. To prevent the phase from returning to the liquid state (this could lead to separation of the phases from each other due to different densities) it is necessary to remove the solid water present by sublimation (lyophilization at reduced pressure).

Výsledkom technologického procesu je zmes vo forme prášku alebo granulátu, ktorá sa pre ďalšie účely následne ďalej upravuje odstránením veľkých častíc presitovaním na požadovanú frakciu. Takýmto postupom pripravené zmesi sa následne skompaktujú (zhutnia) spekaním pri pôsobením vysokých teplôt a pripadne aj tlakov (t.j. voľným spekaním, žiarovým lisovaním) v inertnej atmosfére (na zabránenie oxidácie - vyhorievaniu CNT). Kompozitný materiál, ktorý takto vznikne, môže byť tvorený oxidom hlinitým (korundom), alebo oxidom zirkoničitým, alebo nitridom kremičitým, alebo karbidom kremičitým, alebo hliníkom s objemovým zastúpením 90 až 99,5 % a uhlíkovými nanorúrkami (viacstennými) s obsahom 0,5 až 10 obj. %.The result of the technological process is a mixture in the form of a powder or granulate, which is further treated for further purposes by removing large particles by sieving to the desired fraction. The mixtures prepared in this way are subsequently compacted (compacted) by sintering under the influence of high temperatures and optionally also by pressures (i.e. by free sintering, by heat pressing) in an inert atmosphere (to prevent oxidation - CNT burning out). The composite material thus formed may consist of alumina (corundum), or zirconium oxide, or silicon nitride, or silicon carbide, or aluminum having a volume fraction of 90 to 99.5% and carbon nanotubes (polystyrene) containing 0.5 up to 10 vol. %.

Kompozitné materiály pripravené podľa tohto riešenia vykazujú vlastnosti uvedené v tabuľke:The composite materials prepared according to this solution exhibit the characteristics listed in the table:

Matrica matrix Tvrdosť (GPa) Hardness (GPa) Lomová húževnatosť (MPa. m172)Fracture toughness (MPa. M 172 ) Elektrická vodivosť (S.m 2)Electrical conductivity (Sm 2 ) Tepelná vodivosť (W.mhK1)Thermal conductivity (W.mhK 1 ) Oxid hlinitý Aluminum oxide 18,1 + 0,3 18.1 + 0.3 5,5 ± 0,4 5.5 ± 0.4 1150 ± 80 1150 ± 80 115 ± 1,7 115 ± 1.7 Oxid zirkoničitý Zirconium dioxide 12,8 ± 0,4 12.8 ± 0.4 11,5 ±0,3 11.5 ± 0.3 280 ± 15 280 ± 15 4,9 ± 0,2 4.9 ± 0.2 Nitrid kremičitý Silicon nitride 18 ±0,3 18 ± 0.3 10,2 ± 0,4 10.2 ± 0.4 35 ±1 35 ± 1 90 ± 0,8 90 ± 0.8 Karbid kremičitý Silicon carbide 28,2 ± 0,3 28.2 ± 0.3 6,2 ± 0,3 6.2 ± 0.3 4530 ±105 4530 ± 105 5,2 ± 0,3 5.2 ± 0.3 Hliník aluminum 230 ± 0,5 230 ± 0.5 36,7 + 0,6 36.7 + 0.6 0,041 + 0,002 0.041 + 0.002 261 ± 1,8 261 ± 1.8

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Príklad č.l:Example 1:

Mnohostenné uhlíkové nanorúrky (ďalej MWCNT) v množstve 5 g boli čistené a funkcionalizované miešaním v 400 ml zmesi kyseliny sírovej a dusičnej s objemovým pomerom 3:1 po dobu 5 hodín. Po každej hodine miešania bola zmes ultrazvukovaná po dobu 20 min. s cieľom zabezpečiť intenzívnejšie oddelenie jednotlivých nanorúrok od seba. Po procese miešania bola zmes zriedená destilovanou vodou a MWCNT boli odfiltrované cez 0,1 pm nylonovú filtračnú membránu a MWCNT boli premývané destilovanou vodou až po dosiahnutie pH 7 filtrátu. Následne boli MWCNT sušené 10 h pri teplote 100°C. Takto upravené MWCNT boli rozdispeigované pomocou ultrazvuku v roztoku dodecylsulfátu sodného (ďalej SDS),pričom hmotnostný pomer SDS : MWCNT bol 1,5 : 1. Takto pripravená disperzia deaglomerovaných uhlíkových nanorúrok bola ďalej používaná na prípravu kompozitných materiálov.Polygene carbon nanotubes (MWCNT) in an amount of 5 g were purified and functionalized by stirring in 400 ml of a 3: 1 sulfuric and nitric acid mixture for 5 hours. After each hour of stirring, the mixture was sonicated for 20 min. to ensure more intensive separation of individual nanotubes from each other. After the stirring process, the mixture was diluted with distilled water and the MWCNT was filtered through a 0.1 µm nylon filter membrane and the MWCNT was washed with distilled water until pH 7 of the filtrate was reached. Subsequently, the MWCNTs were dried at 100 ° C for 10 h. The treated MWCNTs were dispersed by ultrasound in sodium dodecyl sulfate solution (SDS), the SDS: MWCNT weight ratio being 1.5: 1. The thus prepared dispersion of deagglomerated carbon nanotubes was further used to prepare composite materials.

Keramický prášok oxidu hlinitého s priemernou veľkosťou častíc 400 nm bol rozdispergovaný pomocou ultrazvuku a následne zmiešaný s disperziou MWCNT pripravenou podľa horeuvedeného postupu, pričom pH bolo upravené na hodnotu 10,9 pomocou roztoku hydroxidu amónneho. Miešanie bolo intenzifikované použitím korundových mlecích teliesok a doba miešania bola 24 hodín. Po homogenizácii boli odseparované mlecie telieska preliatím cez sito, a homogénna zmes bola rozstrekovaná do tekutého dusíka. Rýchlosť rozstrekovania bola kontrolovaná prietokom disperzie, pričom táto bola udržiavaná na konštantnej hodnote 20 ml/min a tlakom hnacieho plynu 10 kPa. Pri týchto podmienkach vznikali prudkým podchladením rozstrekovanej disperzie pri teplote -196° C granule zmesi oxidu hlinitého, MWCNT a zamrznutej vody. Voda bola v následnom kroku odstránená pomocou lyofilizácie, pri redukovanom tlaku 100 Pa, teplote vymrazovacej nádoby -56° C, a doby pôsobení 24 h. Vzniknutý granulát oxidu hlinitého s homogénne distribuovanou fázou MWCNT bol následne lisovaný za studená pri tlaku 100 MPa, a takto vylisovaný polotovar bol spekaný pomocou metódy žiarového lisovania. Žiarové lisovanie prebiehalo pri teplote 1550° C a tlaku 30 MPa v atmosfére inertného plynu (argón) po dobu 1 hodiny.Ceramic alumina powder having an average particle size of 400 nm was dispersed by ultrasound and subsequently mixed with a MWCNT dispersion prepared according to the above procedure, the pH being adjusted to 10.9 with ammonium hydroxide solution. Stirring was intensified using corundum grinding bodies and stirring time was 24 hours. After homogenization, the grinding bodies were separated by pouring through a sieve, and the homogeneous mixture was sprayed into liquid nitrogen. The spray rate was controlled by the dispersion flow rate, which was maintained at a constant value of 20 ml / min and a propellant gas pressure of 10 kPa. Under these conditions, granules of a mixture of alumina, MWCNT and frozen water were formed by supercooling the spray dispersion at -196 ° C. Water was subsequently removed by lyophilization, at a reduced pressure of 100 Pa, a -56 ° C freezer temperature, and a treatment time of 24 h. The resulting alumina granulate with a homogeneously distributed MWCNT phase was subsequently cold pressed at 100 MPa, and the blanks thus pressed were sintered by a hot pressing method. The hot pressing was carried out at a temperature of 1550 ° C and a pressure of 30 MPa under an atmosphere of inert gas (argon) for 1 hour.

Výsledkom tohto spôsobu prípravy je kompozitný keramický materiál s uhlíkovými nanorúrkami (CNT) homogénne distribuovanými v matrici oxidu hlinitého (korundu), ktorý vykazuje vysokú hutnosť (min. 99% teoretickej hustoty), pričom je zachovaná nielen homogénna distribúcia CNT, ale je zachovaná aj jemnozmná mikroštruktúra korundovej matrice (úzka distribúcia veľkosti korunodvých zŕn) s priemernou veľkosťou častíc nižšou ako 1 pm.This preparation process results in a composite ceramic material with carbon nanotubes (CNTs) homogeneously distributed in an alumina matrix (corundum), which exhibits high densities (min. 99% of theoretical density), while maintaining not only homogeneous CNT distribution but also fine-grained corundum matrix microstructure (narrow particle size distribution) with an average particle size of less than 1 µm.

Príklad č. 2Example # 2

Mnohostenné uhlíkové nanorúrky (MWCNT) v množstve 5 g boli čistené a fiinkcionalizované miešaním v 400 ml zmesi kyseliny sírovej a dusičnej s objemovým pomerom 3:1 po dobu 5 h.Polygene carbon nanotubes (MWCNT) in an amount of 5 g were purified and functionalized by stirring in 400 ml of a 3: 1 sulfuric and nitric acid mixture for 5 h.

Po každej hodine miešania bola zmes ultrazvukovaná po dobu 20 min. s cieľom zabezpečiť intenzívnejšie oddelenie jednotlivých nanorúrok od seba. Po procese miešania bola zmes zriedená destilovanou vodou a MWCNT boli odfiltrované cez 0,1 pm nylonovú filtračnú membránu a MWCNT boli premývané destilovanou vodou až po dosiahnutie pH 7 filtrátu. Následne boli MWCNT sušené 10 h pri teplote 100°C. Takto upravené MWCNT boli rozdispergované pomocou ultrazvuku v roztoku dodecylsulfátu sodného (SDS), pričom hmotnostný pomer SDS:MWCNT bol 1,5:1. Takto pripravená disperzia deaglomerovaných uhlíkových nanorúrok bola ďalej používaná na prípravu kompozitných materiálov.After each hour of stirring, the mixture was sonicated for 20 min. to ensure more intensive separation of individual nanotubes from each other. After the stirring process, the mixture was diluted with distilled water and the MWCNT was filtered through a 0.1 µm nylon filter membrane and the MWCNT was washed with distilled water until pH 7 of the filtrate was reached. Subsequently, the MWCNTs were dried at 100 ° C for 10 h. The treated MWCNTs were dispersed by ultrasound in sodium dodecyl sulfate (SDS) solution, the SDS: MWCNT weight ratio being 1.5: 1. The dispersion of deagglomerated carbon nanotubes thus prepared was further used to prepare composite materials.

Prášok hliníka s priemernou veľkosťou častíc 150 nm bol rozdispergovaný pomocou ultrazvuku a následne miešania s disperziou MWCNT pripravenou podľa horeuvedeného postupu, pričom pH bolo upravené na hodnotu 10,9 pomocou roztoku hydroxidu amónneho. Miešanie bolo intenzifikované použitím korundových mlecích teliesok a doba miešania bola 24 h. Po homogenizácii boli z odseparované mlecie telieska, preliatím cez sito a homogénna zmes bola rozstrekovaná do tekutého dusíku. Rýchlosť rozstrekovania bola kontrolovaná prietokom disperzie, pričom táto bola udržiavaná na konštantnej hodnote 20 ml/min a tlakom hnacieho plynu 10 kPa. Pri týchto podmienkach vznikali prudkým podchladením rozstrekovanej disperzie pri teplote -196°C granule zmesi hliníku, MWCNT a zamrznutej vody. Tá bola v následnom kroku odstránená pomocou lyofilizácie, pri redukovanom tlaku 100 Pa, teplote vymrazovacej nádoby -56°C a doby 24 h. Vzniknutý granulát hliníku s homogénne distribuovanou fázou MWCNT bol následne lisovaný za studená pri tlaku 100 MPa a takto vylisovaný polotovar bol spekaný pomocou metódy žiarového lisovania. Žiarové lisovanie prebiehalo pri teplote 550°C a tlaku 30 MPa pri redukovanom tlaku 100 Pa po dobu 5 minút.Aluminum powder with an average particle size of 150 nm was dispersed by sonication followed by mixing with a MWCNT dispersion prepared according to the above procedure, the pH being adjusted to 10.9 with ammonium hydroxide solution. Stirring was intensified using corundum grinding bodies and stirring time was 24 h. After homogenization, the grinding bodies were separated, passed through a sieve and the homogeneous mixture was sprayed into liquid nitrogen. The spray rate was controlled by the dispersion flow rate, which was maintained at a constant value of 20 ml / min and a propellant gas pressure of 10 kPa. Under these conditions, granules of a mixture of aluminum, MWCNT and frozen water were formed by supercooling the spray dispersion at -196 ° C. This was then removed by freeze drying at a reduced pressure of 100 Pa, a -56 ° C freezer temperature and a 24 hour period. The resulting aluminum granulate with a homogeneously distributed MWCNT phase was subsequently cold pressed at 100 MPa, and the thus pressed blank was sintered by means of a heat pressing method. The hot pressing was carried out at a temperature of 550 ° C and a pressure of 30 MPa at a reduced pressure of 100 Pa for 5 minutes.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Vynález predstavuje výhodnú alternatívu doteraz známych riešení z hľadiska použitého technologického postupu, nakoľko zabezpečuje úsporu vstupných nákladov výrobného procesu, ako aj odbúranie negatívnych ekologických vplyvov v súčasnosti používaných technológií. Kompozitné materiály s uhlíkovými nanorúrkami (CNT), ktoré sú pripravené na základe tohto riešenia, je možné vzhľadom na ich zlepšené vlastností využiť ako konštrukčné prvky, pričom sa uplatnia najmä v dvoch oblastiach:The present invention represents a preferred alternative to the prior art solutions in terms of the technological process used, since it ensures savings of the input costs of the production process as well as the elimination of the negative environmental impacts of the currently used technologies. The carbon nanotube (CNT) composite materials prepared on the basis of this solution can be used as structural elements due to their improved properties, and are particularly useful in two areas:

1. v zbrojárskom priemysle, strojárstve a automobilovom priemysle (zlepšenie mechanických vlastností, konkrétne lomovej húževnatosti)1. in the armament, engineering and automotive industries (improvement of mechanical properties, namely fracture toughness)

2. v elektrotechnike - využitie zlepšených elektrických vlastností takýchto materiálov, najmä nízkej rezistivity, ako aj využitia multifunkčného charakteru (v prípade keramiky), t.j. kombinácie odolnosti voči agresívnemu prostrediu, mechanických vlastností a elektrických vlastností. V elektrotechnike je možné využiť aj schopnosť takýchto materiálov viesť teplo, z dôvodu zvýšenej tepelnej vodivosti, napr. ako substrátov.2. in electrical engineering - the use of improved electrical properties of such materials, in particular low resistivity, as well as the use of a multifunctional nature (in the case of ceramics), i. a combination of aggressive environment resistance, mechanical properties and electrical properties. In electrical engineering, it is also possible to utilize the ability of such materials to conduct heat, due to increased thermal conductivity, e.g. as substrates.

Claims (3)

1. Kompozitný materiál s homogénnou distribúciou uhlíkových nanorúrok, vyznačujúci sa tým, že materiál je tvorený oxidom hlinitým, korundom alebo oxidom zirkoničitým alebo nitridom kremičitým alebo karbidom kremičitým alebo hliníkom s objemovým zastúpením 90 až1. A composite material with a homogeneous distribution of carbon nanotubes, characterized in that the material consists of alumina, corundum or zirconium oxide or silicon nitride or silicon carbide or aluminum with a volume ratio of 90 to 99,5 % a uhlíkovými nanorúrkami s objemovým zastúpením 0,5 až 10 %.99.5% and carbon nanotubes with a volume proportion of 0.5 to 10%. 2. Kompozitný materiál s homogénnou distribúciou uhlíkových nanorúrok podľa nároku 1 vyznačujúci sa tým, že uhlíkové nanorúrky sú distribuované v matrici oxidu hlinitého, korundu, a kompozitný materiál vykazuje vysokú hutnosť min. 99% teoretickej hustoty, pričom je zachovaná homogénna distribúcia uhlíkových nanorúrok pri súčasnom zabezpečení jemnozmnej mikroštruktúry korundovej matrice s priemernou veľkosťou častíc nižšou ako 1 pm.A composite material with a homogeneous distribution of carbon nanotubes according to claim 1, characterized in that the carbon nanotubes are distributed in an alumina matrix, corundum, and the composite material exhibits a high density of min. 99% of the theoretical density while maintaining a homogeneous distribution of carbon nanotubes while providing a fine-grain microstructure of corundum matrix with an average particle size of less than 1 µm. 3. Spôsob výroby kompozitného materiálu s homogénnou distribúciou uhlíkových nanorúrok podľa nárokov 1 a 2, vyznačujúci sa tým, že zhluky uhlíkových nanorúrok sú rozrušené pôsobením kyselín, s výhodou kyseliny sírovej a dusičnej v objemovom pomere 3:1, pričom dochádza k narušeniu van der Walsovských síl pôsobiacih medzi jednotlivými nanorúrkami a zároveň k odstráneniu zvyškov katalyzátorov a voľného amorfného uhlíka, pre zvýšenie účinnosti úpravy sa súčasne použije pôsobenie ultrazvuku, ktoré napomáha oddeleniu jednotlivých nanorúrok, následne sú uhlíkové nanorúrky odfiltrované a premývané vodou na odstránenie kyselín, potom sú uhlíkové nanorúrky primiešané do vodnej suspenzie s práškom keramiky alebo kovov s prídavkom vhodného stérického stabilizátora, s výhodou sodium dodecyl sulphate, dimetyl-formamid, pričom dochádza k homogenizácii medzi časticami prášku a nanorúrkami, pôsobením organických molekúl stabilizátora nastáva stabilizácia suspenzie ako celku, nasleduje homogenizácia suspenzie, ktorá môže prebiehať miešaním za prítomnosti mlecích telies a s výhodou je možné použitie prídavkov, ktoré plnia úlohu granulačných prísad, stabilná suspenzia sa potom rozpráši alebo rozstrekuje do tekutého dusíka, kde pri teplote -196 °C dochádza k okamžitému zamrznutiu nosného média, vody a k zamrznutiu zmesi prášku a uhlíkových nanorúrok, čo zabezpečí elimináciu oddelenia jednotlivých fáz navzájom od seba, a výsledná zmes vo forme prášku alebo granulátu sa pre ďalšie účely upravuje odstránením veľkých častíc presitovaním na požadovanú frakciu, a takýmto postupom pripravené zmesi sa potom skompaktujú, zhutnia spekaním pri pôsobení vysokých teplôt, s výhodou aj pôsobením tlakov voľným spekaním alebo žiarovým lisovaním v inertnej atmosfére.Method for producing a composite material with a homogeneous distribution of carbon nanotubes according to claims 1 and 2, characterized in that the carbon nanotube aggregates are disrupted by the action of acids, preferably sulfuric and nitric acid, in a volume ratio of 3: 1, disrupting the van der Wals forces between the individual nanotubes and at the same time to remove catalyst residues and free amorphous carbon, ultrasonic treatment is used to increase the treatment efficiency, which helps to separate the individual nanotubes, then carbon nanotubes are filtered and washed with water to remove acids, then carbon nanotubes are mixed an aqueous suspension with powdered ceramics or metals with the addition of a suitable steric stabilizer, preferably sodium dodecyl sulphate, dimethylformamide, homogenizing between the powder particles and the nanotubes by the action of organic stabilization of the suspension as a whole, followed by homogenization of the suspension, which can take place by stirring in the presence of grinding bodies, and advantageously the use of additives which act as granulating additives is possible, the stable suspension is then sprayed or sprayed into liquid nitrogen where C, the carrier medium, water is immediately frozen, and the mixture of powder and carbon nanotubes is frozen, thereby eliminating the separation of the phases from each other, and the resulting powder or granulate mixture is treated for further purposes by removing large particles by sieving to the desired fraction and The mixtures prepared by the process are then compacted, compacted by sintering under the action of high temperatures, preferably also by application of pressures by free sintering or by heat pressing in an inert atmosphere. ÚRAD PRIEMYSELNÉHO VLASTNÍCTVA SLOVENSKEJ REPUBLIKY Švermova 43,974 04 Banská Bystrica 4INDUSTRIAL PROPERTY OFFICE OF THE SLOVAK REPUBLIC Švermova 43,974 04 Banská Bystrica 4 REŠERŠNÁ SPRÁVAREQUEST REPORT
SK29-2013A 2013-03-18 2013-03-18 Composite material with homogenous distribution of carbon nano-tubes and a method for production thereof SK292013A3 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK29-2013A SK292013A3 (en) 2013-03-18 2013-03-18 Composite material with homogenous distribution of carbon nano-tubes and a method for production thereof
PCT/SK2014/000007 WO2014149007A1 (en) 2013-03-18 2014-03-13 Composite material with a homogeneous distribution of carbon nanotubes and a method for production of thereof j

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK29-2013A SK292013A3 (en) 2013-03-18 2013-03-18 Composite material with homogenous distribution of carbon nano-tubes and a method for production thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SK292013A3 true SK292013A3 (en) 2014-10-03

Family

ID=50483459

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK29-2013A SK292013A3 (en) 2013-03-18 2013-03-18 Composite material with homogenous distribution of carbon nano-tubes and a method for production thereof

Country Status (2)

Country Link
SK (1) SK292013A3 (en)
WO (1) WO2014149007A1 (en)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2627522C2 (en) * 2015-12-16 2017-08-08 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) Ceramic corundum-based material and method of its production
US10091916B2 (en) * 2016-09-29 2018-10-02 The Boeing Company Fabrication of ceramic matrix composites with carbon nanotubes and graphene
RU2653182C2 (en) * 2016-11-01 2018-05-07 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) Ceramic nanostructured material based on silicon nitride and method of its production
CN111559742A (en) * 2019-12-25 2020-08-21 江西悦安新材料股份有限公司 Method for improving stability of carbon nano tube
CN111718187A (en) * 2020-06-17 2020-09-29 武汉钢铁有限公司 Pouring material containing nano carbon for blast furnace tapping channel and preparation method thereof
CN112500121A (en) * 2020-11-23 2021-03-16 江苏盛容醇金科技发展有限公司 Method for manufacturing liquid permeation resistant unglazed pottery jar for wine brewing
CN112441811A (en) * 2020-11-23 2021-03-05 江苏盛容醇金科技发展有限公司 Method for manufacturing low-wine-loss glaze-free wine-making pottery jar
CN112552018A (en) * 2020-11-23 2021-03-26 江苏盛容醇金科技发展有限公司 Glaze-free pottery jar for brewing wine and manufacturing method thereof
CN113199027B (en) * 2021-04-26 2022-09-20 南京理工大学 Nano Al 4 C 3 Reinforced aluminum-based composite material and preparation method thereof
CN114516754B (en) * 2021-12-27 2023-04-07 湘潭顺络电子有限公司 Ultrahigh-strength high-toughness low-density zirconia ceramic and preparation method and application thereof
CN114572968B (en) * 2022-02-22 2023-09-08 金华职业技术学院 ZrNb (ZrNb) 2 O 6 /ZrO 2 -CNTs composite powder and preparation method thereof
CN114507029B (en) * 2022-03-18 2022-10-14 东南大学 Method for preparing stable carbon nano tube dispersion
CN114752353B (en) * 2022-04-28 2023-07-25 浙江奥首材料科技有限公司 CNTs-Al 2 O 3 Composite abrasive, preparation method and application thereof, and polishing solution containing composite abrasive
CN115353400B (en) * 2022-09-29 2023-06-06 四川交蓉思源科技有限公司 Toughened silicon nitride ceramic material and preparation method thereof
CN118086800B (en) * 2024-04-26 2024-06-28 广州众山功能材料有限公司 High-strength high-toughness aluminum-based silicon carbide composite material and preparation process thereof

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014149007A1 (en) 2014-09-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SK292013A3 (en) Composite material with homogenous distribution of carbon nano-tubes and a method for production thereof
Zhang et al. Pressureless sintering of carbon nanotube–Al2O3 composites
Hidalgo-Manrique et al. Copper/graphene composites: a review
Wang et al. Rapid and low temperature spark plasma sintering synthesis of novel carbon nanotube reinforced titanium matrix composites
Michálek et al. Mechanical properties and electrical conductivity of alumina/MWCNT and alumina/zirconia/MWCNT composites
JP5578784B2 (en) Alpha-aluminum oxide-based nanocrystal sintered body, method for producing the same, and use thereof
Sarkar et al. Processing and properties of carbon nanotube/alumina nanocomposites: a review
Xu et al. Disaggregation of palygorskite crystal bundles via high-pressure homogenization
CN103981381B (en) Method for preparing nano aluminum oxide dispersion enhanced copper-base composite material according to sol-gel method
JPWO2007029588A1 (en) High performance composite material and manufacturing method thereof
JP2021073158A (en) Friable ceramic-bonded diamond composite particle, and method of producing the same
CN103981393A (en) Carbon nanotube-metal composite enhanced copper-based composite material and preparation method thereof
Inbaraj et al. Processing and properties of sol gel derived alumina–carbon nano tube composites
Mohammad et al. Molecular level mixing: an approach for synthesis of homogenous hybrid ceramic nanocomposite powders
Hu et al. Preparation and mechanical properties of Si3N4 nanocomposites reinforced by Si3N4@ rGO particles
Zaman et al. Carbon nanotube/boehmite-derived alumina ceramics obtained by hydrothermal synthesis and spark plasma sintering (SPS)
JP5366193B2 (en) High performance composite material and manufacturing method thereof
US20210032521A1 (en) Method of producing alumina ceramics reinforced with oil fly ash
CN109971982B (en) Preparation method of in-situ authigenic ceramic phase reinforced titanium-based composite material and product
KR20140008413A (en) Alumina composite, process for producing alumina composite, and polymer composition containing alumina composite
Saber et al. A novel route for controlling and improving the texture of porous structures through dual growth of alumina nanoparticles and carbon nanotubes using explosion process of solid fuel
Kumar et al. Effect of flake reinforcement on mechanical properties of AA 6061 nano composite with secondary nano platelet-Graphene processed through powder metallurgy
JP4898144B2 (en) Alumina composite precursor, method for producing alumina composite, and method for producing sintered alumina composite
Liang et al. Processing and characterization of multi-walled carbon nanotubes containing alumina-carbon refractories prepared by nanocomposite powder technology
Shaari et al. Functionalization of multi-wall carbon nanotubes in chemical solution of H2SO4/HNO3 and its dispersion in different media

Legal Events

Date Code Title Description
FA9A Suspended patent application procedure at request of an applicant