TWI449661B - Fabrication method of metal - based nanometer carbon nanotubes composite - Google Patents

Description

金屬基奈米碳管複合材料的製造方法

本發明為有關一種複合材料的製造方法，尤指一種結合金屬與奈米碳管的複合材料的製造方法。

金屬材料早已被廣泛地應用於各式各樣產業之中，隨著需求的不同，業者也常將金屬材料和其它材料相互結合，以提升金屬材料不足之特性，也使得眾多金屬基複合材料因應而生。近來由於奈米碳管的發現以及其獨特的性質，促使業者相繼開發結合奈米碳管與金屬所組成之複合材料，藉以達到較佳的機械性質或電性。
習知的金屬基奈米碳管複合材料製造方法，如中華民國發明專利公開第201121879號，其揭示一種奈米碳管複合材料之製備方法，首先，提供一奈米碳管結構，該奈米碳管結構包括複數個奈米碳管；然後，提供一反應溶液，該反應溶液溶解有至少一種金屬化合物，並採用該反應溶液浸潤所述奈米碳管結構；以及在一無氧氣氛中，熱處理經所述反應溶液浸潤後之奈米碳管結構，使該反應溶液中之金屬化合物發生分解反應。由上述方法製備之奈米碳管複合材料，具有良好之拉伸強度及楊氏模量。
另在中華民國發明專利公告第I346711號中，其揭示一種鎂-奈米碳管複合材料的製造方法，其包括以下步驟：提供一鎂熔體和大量的奈米碳管，將該鎂熔體和該奈米碳管混合得到一混合漿料；將上述混合漿料注入一模具中，得到一預製體；以及，將上述預製體進行擠壓成型處理，製得該鎂合金-奈米碳管複合材料。據此，使得該鎂合金-奈米碳管複合材料具有強度高和韌性好的優點，可廣泛應用於資訊產品、汽車零部件、航太航空零部件等方面。
然而，上述以金屬與奈米碳管所製成的複合材料，實際上，該奈米碳管於該複合材料之中分散性並不佳，對該金屬於結構強度及材料電性質上的提升有限，故在應用上，尚難以符合市場需求。

本發明的主要目的，在於解決習知的金屬-奈米碳管複合材料，奈米碳管於複合材料之中的分散性不佳，對金屬於特性上的提升有限的問題。
為達上述目的，本發明提供一種金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，包含以下步驟：
提供一模具，該模具包括一模穴、一與該模穴連通的模孔以及一與該模孔同軸設置的模頭；
將一金屬材料和複數奈米碳管置放於該模穴內；
加熱該金屬材料，使該金屬材料達到一不低於該金屬材料的熔點的溫度，供該金屬材料與該奈米碳管混合為一待成型物；以及
令該模頭相對該模孔進行一往復運動，以反覆擠壓該待成型物，使該奈米碳管於該金屬材料之中均勻分散，而得到該金屬基奈米碳管複合材料。
為達上述目的，本發明另提供一種金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，包含以下步驟：
提供一模具，該模具包括一模穴、兩相對設置並與該模穴連通的模孔以及兩分別與該模孔同軸設置的模頭；
將一金屬材料和複數奈米碳管置放於該模孔內；
加熱該金屬材料，使該金屬材料達到一不低於該金屬材料的熔點的溫度，供該金屬材料與該奈米碳管混合為一待成型物；以及
令該模頭相對該模孔進行一往復運動，以反覆擠壓該待成型物，使該奈米碳管於該金屬材料之中均勻分散，而得到該金屬基奈米碳管複合材料。
如此一來，本發明藉由該模頭的該往復運動，反覆擠壓該待成型物，使該奈米碳管於該金屬材料之中均勻分散，解決以往該奈米碳管於複合材料中分散性不佳的問題，有效提升該金屬材料的結構強度以及電性質。

10a、10b．．．模具

11a、11b．．．模穴

12a、12b．．．模孔

121．．．第一模孔

122．．．第二模孔

13a、13b．．．模頭

131．．．第一模頭

132．．．第二模頭

20．．．奈米碳管

30．．．金屬材料

40．．．待成型物

50．．．金屬基奈米碳管複合材料

1、2、3、4、a、b、c、d．．．步驟

圖1，為本發明第一實施例的步驟流程示意圖。
圖2A至圖2D，為本發明第一實施例的製造流程示意圖。
圖3，為本發明第二實施例的步驟流程示意圖。
圖4A至圖4D，為本發明第二實施例的製造流程示意圖。

有關本發明的詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：
請搭配參閱『圖1』及『圖2A』至『圖2D』所示，『圖1』為本發明第一實施例的步驟流程示意圖，『圖2A』至『圖2D』為本發明第一實施例的製造流程示意圖，如圖所示：本發明為一種金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，包含以下步驟：
步驟1：如『圖2A』所示，提供一模具10a，該模具10a包括一模穴11a、一模孔12a以及一模頭13a，該模孔12a與該模穴11a連通，該模頭13a與該模孔12a同軸設置，而可經由該模孔12a並相對該模孔12a移動而出入該模穴11a，在此實施例中，該模具10a為由鑄鐵或高強度鋼材所製成，但不以此為限制，；
步驟2：如『圖2B』所示，將一金屬材料30和複數奈米碳管20置放於該模穴11a內。本發明中，該金屬材料30與該奈米碳管20的重量百分比分別約為90至99.998%以及0.002至10%，該金屬材料30可使用鎂、鋁、鋅、銅、鎳或鉻，可為粉末或塊材；該奈米碳管20可為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管、多壁奈米碳管，或是上述的組合，且該奈米碳管20的直徑約介於10至200奈米。於本實施例中，該金屬材料30為使用鎂的塊材，而該奈米碳管20為選用多壁奈米碳管，該金屬材料30與該奈米碳管20的重量百分比分別為90%以及10%。
步驟3：如『圖2C』所示，加熱該金屬材料30，使該金屬材料30達到一不低於該金屬材料30的熔點的溫度，供該金屬材料30達到熔融態，並與該奈米碳管20混合為一待成型物40。熟習本領域者可知，該溫度為隨著該金屬材料30選用的種類而不同，於此實施例中，該金屬材料30為使用鎂，熔點約為650°C，因此加熱該金屬材料30至650°C以上，使該金屬材料30與該奈米碳管20混合。加熱該金屬材料30的方式可用電阻式加熱器加熱。
步驟4：如『圖2D』所示，令該模頭13a相對該模孔12a進行一往復運動，以反覆擠壓該待成型物40，使該奈米碳管20於該金屬材料30之中均勻分散，而得到該金屬基奈米碳管複合材料50，在此實施例中，該模具10a可為一擠型機，於該往復運動的過程中，可於該模穴11a中通入一保護氣體，該保護氣體可為氬氣，並且於該往復運動之中，該模具10a由該模頭13a對該待成型物40施予一介於500至3000噸數的推擠力，令該待成型物40於該模穴11a內經過多次的擠壓，進而使得該奈米碳管20均勻地分散於該金屬材料30之中，而得到該金屬基奈米碳管複合材料50。
另外，在此實施例中，還可進一步包含步驟5：對該金屬基奈米碳管複合材料50進行一冷卻作業，使該金屬基奈米碳管複合材料50凝固形成一塊材，以利之後該金屬基奈米碳管20複合材料的取用，該冷凝作業例如可將該金屬基奈米碳管複合材料50置放於該模穴11a內至室溫，使該金屬基奈米碳管複合材料50自然冷卻，或者是使用油冷、氣冷以及水冷亦可。
請搭配參閱『圖3』及『圖4A』至『圖4D』所示，『圖3』為本發明第二實施例的步驟流程示意圖，『圖4A』至『圖4D』為本發明第二實施例的製造流程示意圖，在此實施例中，與第一實施例相較之下，該模孔12b進一步包含相對設置並皆與該模穴11b連通的一第一模孔121以及一第二模孔122，而該模頭13b則進一步包含一與該第一模孔121同軸設置的第一模頭131以及一與該第二模孔122同軸設置的第二模頭132，該第一模頭131與該第二模頭132分別經由該第一模孔121與該第二模孔122而出入該模穴11b，據此，同樣得以於該模穴11b內反覆擠壓該待成型物40，使得該奈米碳管20於該金屬材料30之中均勻分散，而得到該金屬基奈米碳管複合材料50。
綜上所述，由於本發明藉由該模頭的該往復運動，反覆擠壓該待成型物，使該奈米碳管於該金屬材料之中均勻分散，以形成該金屬基奈米碳管複合材料，令該金屬基奈米碳管複合材料相較該金屬材料，有效提升結構強度以及電性質，並解決以往該奈米碳管於該金屬材料中分散性不佳的問題，因此本發明極具進步性及符合申請發明專利的要件，爰依法提出申請，祈鈞局早日賜准專利，實感德便。
以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明的一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施的範圍。即凡依本發明申請範圍所作的均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明的專利涵蓋範圍內。

1、2、3、4．．．步驟

Claims (16)

1. 一種金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，包含以下步驟：
   提供一模具，該模具包括一模穴、一與該模穴連通的模孔以及一與該模孔同軸設置的模頭；
   將一金屬材料和複數奈米碳管置放於該模穴內；
   加熱該金屬材料，使該金屬材料達到一不低於該金屬材料的熔點的溫度，供該金屬材料與該奈米碳管混合為一待成型物；以及
   令該模頭相對該模孔進行一往復運動，以反覆擠壓該待成型物，使該奈米碳管於該金屬材料之中均勻分散，而得到該金屬基奈米碳管複合材料。
2. 如申請專利範圍第1項所述的金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，其中該金屬材料為選自鎂、鋁、鋅、銅、鎳、鉻及其組合所組成的群組。
3. 如申請專利範圍第1項所述的金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，其中該金屬材料於該待成型物中的重量百分比為90至99.998%。
4. 如申請專利範圍第1項所述的金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，其中該奈米碳管於該待成型物中的重量百分比為0.002至10%。
5. 如申請專利範圍第1項所述的金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，其中該奈米碳管為選自單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管、多壁奈米碳管及其組合所組成的群組。
6. 如申請專利範圍第1項所述的金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，其中該奈米碳管的直徑為介於10至200奈米。
7. 如申請專利範圍第1項所述的金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，其中該模具為一擠型機，於該往復運動之中，該擠型機對該待成型物施予一介於500至3000噸數的推擠力。
8. 如申請專利範圍第1項所述的金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，其中於該往復運動之中，該待成型物處於一保護氣體下，該保護氣體為氬氣。
9. 一種金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，包含以下步驟：
   提供一模具，該模具包括一模穴、兩相對設置並與該模穴連通的模孔以及兩分別與該模孔同軸設置的模頭；
   將一金屬材料和複數奈米碳管置放於該模孔內；
   加熱該金屬材料，使該金屬材料達到一不低於該金屬材料的熔點的溫度，供該金屬材料與該奈米碳管混合為一待成型物；以及
   令該模頭相對該模孔進行一往復運動，以反覆擠壓該待成型物，使該奈米碳管於該金屬材料之中均勻分散，而得到該金屬基奈米碳管複合材料。
10. 如申請專利範圍第9項所述的金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，其中該金屬材料為選自鎂、鋁、鋅、銅、鎳、鉻及其組合所組成的群組。
11. 如申請專利範圍第9項所述的金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，其中該金屬材料於該待成型物中的重量百分比為90至99.998%。
12. 如申請專利範圍第9項所述的金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，其中該奈米碳管於該待成型物中的重量百分比為0.002至10%。
13. 如申請專利範圍第9項所述的金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，其中該奈米碳管為選自單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管、多壁奈米碳管及其組合所組成的群組。
14. 如申請專利範圍第9項所述的金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，其中該奈米碳管的直徑為介於10至200奈米。
15. 如申請專利範圍第9項所述的金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，其中該模具為一擠型機，於該往復運動之中，該擠型機對該待成型物施予一介於500至3000噸數的推擠力。
16. 如申請專利範圍第9項所述的金屬基奈米碳管複合材料的製造方法，其中於該往復運動之中，該待成型物處於一保護氣體下，該保護氣體為氬氣。