TWI754783B - 鋁基複合材料及其製備方法 - Google Patents

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Abstract

本發明涉及一種鋁基複合材料的製備方法，包括以下步驟：提供至少一增強相材料層與一鋁層；將所述至少一增強相材料層設置在所述鋁層的至少一表面，形成一第一複合結構；軋製所述第一複合結構形成第二複合結構；反復折疊-軋製所述第二複合結構形成所述鋁基複合材料。另外，本發明涉及一種採用所述鋁基複合材料的製備方法形成的鋁基複合材料。

Description

鋁基複合材料及其製備方法
本發明涉及金屬基複合材料製備技術領域，尤其涉及一種鋁基複合材料及其製備方法。
鋁作為一種輕質金屬材料，具有密度低、高電導率、高熱導率的性能優勢，但是其強度一般比較低；發展鋁基複合材料是獲得具有輕質、高導、高強等綜合性能金屬材料的重要思路。鋁基複合材料作為具有廣闊應用前景的工業金屬材料，其應用領域涉及到輸電導線、傳熱散熱、汽車結構件、航空航天等方面。在輸電導線領域，高強、高導、輕質、低成本鋁的使用將有效的降低輸電成本、節約能源資源；在傳熱散熱領域，輕質、高導、高強鋁在電路散熱等領域具有特殊的成本優勢；在汽車結構件及航空航天領域，輕質鋁基複合材料的使用將有效降低品質，提高能源利用率。因此發展輕質、高強、高導的鋁基複合材料具有重大的實際意義。
鋁基複合材料的性能主要取決於鋁基體中的增強體的種類及含量、增強體的分散狀態及其與鋁基體的介面結合狀態。當前常見的的鋁基複合材料增強體主要包括：硬質化合物(金屬間化合物、碳化物、氮化物、氧化物等)及奈米碳材料(奈米碳管、石墨烯等)。對於硬質化合物，其體積分數一般需要達到較高的值才能夠實現較優的強化效果，獲得高強度鋁基複合材料。由於化合物增強相的密度較高、導電性能很差，而且其與鋁基體的介面結合性很差，高體積分數的增強相的加入，會嚴重犧牲鋁基複合材料低密度、高電導率的性能特點及性能要求。對於奈米碳材料，雖然其密度低、導電性能優異，但是其在鋁基體易發生團聚現象，而且與鋁基體的介面結合狀態較差。此外，製備高性能奈米碳材料增強的鋁基複合材料一般用到的設備昂貴、成本較高、操作複雜。因此，奈米碳材料增強的鋁基複合材料的發展也遇到難以解決的實際問題。由此，發展新的增強體獲得高性能鋁基複合材料將具有重要意義。
有鑑於此，確有必要提供提供一種能夠降低成本且操作簡單的鋁基複合材料的製備方法。
一種鋁基複合材料的製備方法，包括以下步驟：S1，提供至少一增強相材料層與一鋁層；S2，將所述至少一增強相材料層設置在所述鋁層的至少一表面，形成一第一複合結構；S3，軋製所述第一複合結構形成第二複合結構；S4，反復折疊-軋製所述第二複合結構形成所述鋁基複合材料。
一種採用所述的鋁基複合材料的製備方法形成的鋁基複合材料，由至少一增強相材料層與一鋁層組成，所述至少一增強相材料層包括多個增強相薄片，所述多個增強相薄片至少部分均勻分佈在所述鋁層中。
相較於先前技術，本發明提供的鋁基複合材料的製備方法採用反復折疊軋製的方法製備鋁基複合材料，該鋁基複合材料的製備過程方便高效，無需複雜昂貴設備，成本較低，可在室溫下進行，實現鋁基複合材料的快速製備，整個製備過程操作簡單。
圖1是本發明實施例提供的鋁基複合材料的製備方法的流程示意圖。
圖2是本發明實施例1中反復“折疊-軋製”所述第二複合結構8次形成的鋁基複合材料在軋製方向截面的SEM照片。
圖3是本發明實施例1中反復“折疊-軋製”所述第二複合結構10次形成的鋁基複合材料在軋製方向截面的SEM照片。
圖4是本發明實施例1中反復“折疊-軋製”所述第二複合結構6次和12次形成的鋁基複合材料的XRD圖譜。
圖5是反復“折疊-軋製”所述第二複合結構6次、8次、10次形成的鋁基複合材料及純鋁的電導率測試圖。
圖6是反復“折疊-軋製”所述第二複合結構4次、6次、8次、10次形成的鋁基複合材料及純鋁的抗拉強度測試圖。
以下將結合附圖及具體實施例，對本發明提供的鋁基複合材料的製備方法作進一步詳細說明。
請參閱圖1，本發明實施例提供鋁基複合材料的製備方法，包括以下步驟：S1，提供至少一增強相材料層與一鋁層；S2，將所述至少一增強相材料層設在所述鋁層的至少一表面，形成一第一複合結構；S3，軋製所述第一複合結構形成第二複合結構；S4，反復折疊-軋製所述第二複合結構形成所述鋁基複合材料。
在步驟S1中，所述鋁層可以為市場上售賣的鋁片，也可以根據需要自行製備。所述鋁層可以為高純度鋁，或者非高純度鋁。所述鋁層的厚度可以為0.01mm~10mm。本實施例中，所述鋁片厚度為110微米。
所述增強相材料層可以為單一的純金屬層或金屬基複合材料層。所述單一的純金屬層的材料可以為銅、鎂、鋅、鎳等。所述金屬基複合材料層可以為所述金屬層材料與奈米碳管或石墨烯複合形成的複合材料層。所述增強相材料層的厚度為0.01mm~10mm。本實施例中，所述增強相材料層為純銅片，銅片的厚度為8微米。
所述金屬基複合材料層為所述金屬層材料與奈米碳管形成的複合材料層時，所述奈米碳管結構不限，可以包括一根或多根奈米碳管。當所述奈米碳管結構包括多根奈米碳管時，該多根奈米碳管可以雜亂無章，無規則設置，也可以是多根奈米碳管形成膜狀結構。該膜狀結構可以為奈米碳管拉膜、奈米碳管碾壓膜和奈米碳管絮化膜中的一種或多種。當所述奈米碳管結構為膜狀結構時，所述金屬層與所述膜狀結構層疊設置。
所述奈米碳管拉膜中的多根奈米碳管通過凡得瓦爾力首尾相連且沿同一方向延伸。所述奈米碳管碾壓膜中的多根奈米碳管無序，沿同一方向或不同方向擇優取向排列。所述奈米碳管絮化膜中的多根奈米碳管之間通過凡得瓦爾力相互吸引、纏繞形成網狀結構。
在步驟S2之前，進一步包括對所述至少一增強相材料層與所述鋁層去油脂的步驟，使增強相材料層與鋁層之間更好的結合。本實施例中，將所述至少一增強相材料層及所述鋁層放在有機溶溶劑中超聲去油脂，然後清洗所述至少一增強相材料層及所述鋁層。所述有機溶劑可以為丙酮、乙醚等。可以採用純水或酒精清洗去油脂後的所述至少一增強相材料層及所述鋁層。
進一步地，在對所述至少一增強相材料層與所述鋁層去油脂的步驟之前可以包括一去除所述至少一增強相材料層和所述鋁層表面的金屬氧化層的 步驟。例如，可以對所述至少一增強相材料層和所述鋁層進行打磨處理以去除所述至少一增強相材料層和所述鋁層表面的金屬氧化層；也可通過鹽酸等酸性溶液清洗所述至少一增強相材料層和所述鋁層表面，以去除所述至少一增強相材料層和所述鋁層表面的金屬氧化層。
在步驟S2之前，進一步可以包括對所述至少一增強相材料層與所述鋁層的表面進行刮擦處理的步驟，以使所述至少一增強相材料層與所述鋁層裸露部分新鮮的表面。所述至少一增強相材料層與所述鋁層裸露的新鮮的表面相互接觸設置，以促進後續軋製過程中所述至少一增強相材料層與所述鋁層之間的良好結合。具體地，可以採用金屬毛刷刮擦所述至少一增強相材料層與所述鋁層的表面，使所述至少一增強相材料層與所述鋁層顯露的新鮮的表面並接觸設置。
在步驟S2中，只要保證所述鋁層的至少一表面設置一增強相材料層，所述增強相材料層與所述鋁層的層疊方式不限。具體地，所述增強相材料層可以設置在所述鋁層的一個表面，或者所述增強相材料層可以設置在所述鋁層的相對設置的第一表面和第二表面，或者所述鋁層可以設置在所述增強相材料層的相對設置的兩個表面。
當所述至少一增強相材料層的數量為一層時，所述增強相材料層可以設置在所述鋁層的一個表面，或者所述增強相材料層可以包裹所述鋁層；或者所述鋁層可以包裹所述增強相材料層。當所述增強相材料層設置在所述鋁層的一個表面時，所述增強相材料層與所述鋁層層疊設置，並覆蓋至少一部分所述鋁層形成所述第一複合結構。當所述增強相材料層包裹所述鋁層時，將該增強相材料層先對折成“∪”型，再將所述鋁層放置在該“∪”型增強相材料層的中空部分形成一三明治結構，即所述第一複合結構。該三明治結構包括第一增強相材料層，所述鋁層和第二增強相材料層，該第一增強相材料層和第二增強相材料層為一體結構。所述增強相材料層可以將所述鋁層完全覆蓋。當所述鋁層包裹所述增強相材料層時，將該鋁層先對折成“∪”型，再將所述增強相材料層放置在該“∪”型鋁層的中空部分形成一三明治結構，即所述第一複合結構。該三明治結構包括第一鋁層，所述增強相材料層和第二鋁層，該第一鋁層和第二鋁層為一體結構。所述鋁層可以將所述增強相材料層完全覆蓋。
當所述至少一增強相材料層的數量為2個以上時，多個所述增強相材料層可以設置在所述鋁層的一個表面，也可以設置在所述鋁層的相對設置的所述第一表面和所述第二表面。所述多個增強相材料層設置在所述鋁層的一個 表面時，所述多個增強相材料層層疊設置在所述鋁層的一個表面，且覆蓋至少一部分所述鋁層形成所述第一複合結構。所述多個增強相材料層設置在所述鋁層的相對設置的所述第一表面和所述第二表面時，所述鋁層的第一表面設置至少一層增強相材料層，在所述鋁層的第二表面同時設置至少一層增強相材料層從而形成一三明治結構，即所述第一複合結構。該三明治結構中的設置在所述鋁層的第一表面的增強相材料層和設置在所述鋁層的第二表面增強相材料層是分開設置的，並不是一體結構。
本實施例中，所述至少一增強相材料層的數量為2層，增強相材料層為銅片，所述兩個銅片分別設置在所述鋁片的第一表面和第二表面，形成第一複合結構體。
在步驟S2之後步驟S3之前，進一步可以包括剪裁所述第一複合結構的邊緣的步驟，使鋁層的邊緣和所述至少一增強相材料層的邊緣重疊對齊。
在步驟S3中，對所述第一複合結構進行軋製的方法不限，只需確保使所述第一複合結構的厚度減薄即可。具體的，可在常溫下通過軋機或軋輥對所述第一複合結構的上下表面施加壓力，使所述第一複合結構的厚度減薄形成所述第二複合結構。優選的，所述第二複合結構的厚度小於等於所述第一複合結構的厚度的70%。本實施例中，在常溫下通過軋輥軋製所述第一複合結構，使形成的所述第二複合結構的厚度為所述第一複合結構的厚度的一半。
軋製所述第一複合結構過程中，由於所述第一複合結構不斷的變形會在所述第一複合結構的邊緣位置出現一些裂紋。為了避免在後續的軋製中所述第一複合結構發生碎裂，影響最終形成所述鋁基複合材料的性能，在步驟S3之後在步驟S4之前，進一步可以包括剪裁所述第一複合結構的邊緣的步驟。
本實施例中，在軋製所述第一複合結構形成第二複合結構的過程中，使所述第二複合結構的厚度為所述第一複合結構的厚度的一半之後，將所述第二複合結構邊緣剪去1mm，去掉裂紋。
在步驟S4中，所述“折疊-軋製”代表的是一個工序，先對所述第二複合結構進行折疊，再對折疊後的第二複合結構進行軋製，這個過程代表的就是進行了一次“折疊-軋製”工序。所述對第二複合結構折疊的方法不限。本實施例中，將所述第二複合結構進行對折，厚度變成原來的兩倍。進一步，優選地，完成一次“折疊-軋製”迴圈後可以對形成的複合結構進行剪邊處理，剪掉邊緣位置的微裂紋，避免在後續的軋製中形成的複合結構發生碎裂，影響最終形成所述鋁基複合材料的性能。
每一次“折疊-軋製”使軋製後形成的複合結構的厚度減小至折疊後複合結構厚度的70%以下。優選地，每次“折疊-軋製”使軋製後形成的複合結構的厚度減小至折疊後複合結構厚度的50%以下。所述反復“折疊-軋製”的次數為2次以上。該反復“折疊-軋製”的次數取決於所述鋁層和所述增強相材料層的厚度，也可以根據需要的鋁基複合材料的綜合性能來決定反復“折疊-軋製”的次數。所述鋁基複合材料的綜合性能指所述鋁基複合材料的強度、硬度及導電率等。對所述第二複合結構“折疊-軋製”重複2-16次。優選的，對所述第二複合結構“折疊-軋製”重複4-12次。
對所述第二複合結構不斷重複進行“折疊-軋製”，隨著軋製次數的增加，所述鋁基複合材料的顏色更接近所述鋁層的顏色，這說明所述增強相材料層隨著軋製次數的增加不斷變薄。由圖2及圖3可見，所述增強相材料層隨著軋製次數的增加變成彌散的多個增強相薄片，所述多個增強相薄片均勻分散在所述鋁層的中。另外，所述多個增強相薄片隨著軋製次數的增加尺寸變小不斷細化，在所述鋁基複合材料中更加均勻地彌散分佈。所述增強相薄片的尺寸取決於所述增強相材料層的原始厚度及軋製次數。通所述增強相薄片的平均厚度可以為幾十微米到幾十奈米級，所述增強相薄片在垂直於厚度方向的平均長度可以為幾百毫米至幾百微米。本實施例中，當所述第二複合結構的軋製次數為8次時，所述增強相薄片的平均厚度約為500nm，所述增強相薄片在垂直厚度方向上的平均長度約為100μm。此外，所述鋁基複合材料表面的光澤度及平整度也隨著軋製次數的增加不斷提高。
另外，由於在軋製過程中鋁基複合材料發生大量的變形，以及增強相材料不斷的細化，彌散分佈在所述鋁層中，進而在鋁基複合材料中引入了更多的介面、位元錯等缺陷，使得鋁基複合材料的電導率隨軋製次數的增加而降低。但即使鋁基複合材料的電導率降低，所述鋁基複合材料依然保持在較高的電導率。請參閱圖5，本實施例中，對所述第二複合結構“折疊-軋製”重複10次形成的所述鋁基複合材料的電導率為50%IACS，略低於未經處理的純鋁材料的電導率。
所述鋁基複合材料的抗拉強度隨軋製次數的增加顯著提升，其主要原因為：一是所述第二複合結構體在軋製過程中發生了很大的塑性變形，進而引起了加工硬化，提高了所述鋁基複合材料的硬度，同時引起了晶粒的細化，有效降低晶粒的大小，進而提高所述鋁基複合材料的強度。二是所述增強相材 料層在軋製過程中本身發生強化，此外所述增強相材料層與所述鋁層的介面結合強度隨著軋製次數的增加而不斷提高，進而起到顯著的第二相強化的效果。
本發明實施例進一步提供一種由上述方法獲得的鋁基複合材料，所述鋁基複合材料由至少一增強相材料層與一鋁層組成。所述至少一增強相材料層包括多個增強相薄片，所述多個增強相薄片至少部分均勻分佈在所述鋁層中。所述增強相薄片的尺寸取決於增強相材料層的原始厚度及軋製次數。所述增強相薄片的的平均厚度可以為幾十微米到幾十奈米級，所述增強相薄片垂直於厚度方向的平均長度可以為幾百毫米至幾百微米。本實施例中，當所述第二複合結構的軋製次數為8次時，所述增強相薄片的平均厚度約為500nm，所述增強相薄片在垂直厚度方向上的平均長度約為100μm。
所述鋁層可以為市場上售賣的鋁片，也可以根據需要自行製備。所述鋁層可以為高純度鋁，或者非高純度鋁。所述鋁層的厚度可以為0.01mm~10mm。本實施例中，所述鋁片厚度為110微米。
所述增強相材料層可以為單一的純金屬層或金屬基複合材料層。所述單一的金屬層的材料可以為銅、鎂、鋅、鎳等。所述金屬基複合材料層可以為所述金屬層材料與奈米碳管或石墨烯複合形成的複合材料層。所述增強相材料層的厚度為0.01mm~10mm。本實施例中，所述增強相材料層為純銅片，銅片的厚度為8微米。
所述金屬基複合材料層為所述金屬層材料與奈米碳管形成的複合材料層時，所述奈米碳管結構不限，可以包括一根或多根奈米碳管。當所述奈米碳管結構包括多根奈米碳管時，該多根奈米碳管可以雜亂無章，無規則設置，也可以是多根奈米碳管形成膜狀結構。該膜狀結構可以為奈米碳管拉膜、奈米碳管碾壓膜和奈米碳管絮化膜中的一種或多種。當所述奈米碳管結構為膜狀結構時，所述金屬層與所述膜狀結構層疊設置。
所述奈米碳管拉膜中的多根奈米碳管通過凡得瓦爾力首尾相連且沿同一方向延伸。所述奈米碳管碾壓膜中的多根奈米碳管無序，沿同一方向或不同方向擇優取向排列。所述奈米碳管絮化膜中的多根奈米碳管之間通過凡得瓦爾力相互吸引、纏繞形成網狀結構。
具體地，所述增強相材料層為單一的純金屬層時，所述增強相薄片為金屬薄片，所述多個金屬薄片至少部分均勻分佈在所述鋁層中。所述增強相材料層為金屬基複合材料層時，所述增強相薄片為金屬基複合材料薄片，金屬基複合材料層中的金屬和奈米碳管或石墨烯至少部分均勻分佈在所述鋁層中。
實施例1
提供一厚度為8微米的兩個銅片和厚度為110微米的一個鋁片。本實施例中的銅片為採用電鍍法製備的純銅片其密度低於緻密的銅片。鋁片為一純鋁片。首先使用鹽酸對銅片和鋁片進行清洗，去掉表面的氧化層；其次再用純水、酒精對銅片和鋁片進行去酯清洗處理。然後採用硬度適中的金屬毛刷刮擦鋁片及銅片的表面，使鋁片及銅片的表面裸露部分新鮮的金屬表面。將鋁片夾在兩個銅片之間，使兩個銅片和鋁片層疊設置，形成第一複合結構。軋製第一複合結構前對軋輥進行表面清洗處理，採用浸濕酒精的軟質無塵紙擦洗軋輥表面，充分去除軋輥表面的雜質。完成軋輥清洗操作後，採用軋輥對第一複合結構進行軋製處理形成第二複合結構體，使形成的所述第二複合結構的厚度為所述第一複合結構的厚度的一半。然後，將所述第二複合結構邊緣剪去1mm，去掉裂紋。將第二複合結構進行對折後進行軋製處理，形成第三複合結構，完成一次“折疊-軋製”工序。軋製第二複合結構體，分別反復“折疊-軋製”工序4次、6次、8次、10次、12次形成鋁基複合材料。每完成一次“折疊-軋製”工序後對軋製後的複合結構進行剪邊處理，剪掉邊緣位置的微裂紋。
圖2是反復“折疊-軋製”所述第二複合結構8次形成的鋁基複合材料在軋製方向截面的SEM照片。圖3是反復“折疊-軋製”所述第二複合結構10次形成的鋁基複合材料在軋製方向截面的SEM照片。由圖2和圖3可見，金屬鋁片中彌散分佈著定向層狀排列的銅金屬微奈米片，隨著軋製第二複合結構次數的增加，微奈米銅金屬片的厚度變薄、尺寸變小以及分散狀態更加均勻。這說明隨著軋製第二複合結構次數的增加，彌散在鋁層中的銅的尺寸不斷變小，分佈更加均勻。
圖4是反復“折疊-軋製”所述第二複合結構6次和12次形成的鋁基複合材料的XRD圖譜。由圖4可見，鋁基複合材料中銅及鋁的(110)及(220)晶面的衍射峰顯著增強，這主要是由於軋製過程中的發生的(110)及(220)晶面的擇優取向有關。根據Schmit定律，(110)及(220)晶面的擇優取向會減小該鋁基複合材料沿軋製方向的取向因數，提高沿軋製方向的變形阻力，以及提高該鋁基複合材料沿軋製方向的抗變形能力。此外，由圖4還可以發現在折疊-軋製第二複合結構12次後形成的鋁基複合材料中，衍射峰發生了顯著的寬化效應，這說明鋁基複合材料中晶粒發生了顯著的細化現象，而且晶粒內部存在著顯著的微應變，晶粒細化以及微應變將引起該鋁基複合材料強度的顯著增強。
圖5是反復“折疊-軋製”所述第二複合結構6次、8次、10次形成的鋁基複合材料的電導率測試圖。由圖5可見，鋁基複合材料的電導率隨軋製次數的增加而降低，這主要是由於在軋製過程中鋁基複合材料發生大量的變形，以及增強相金屬不斷的細化，彌散分佈在鋁集體中，使得在鋁基複合材料中引入了更多的介面、位元錯等缺陷。但是，即便如此，反復“折疊-軋製”所述第二複合結構10次形成的鋁基複合材料依然保持在較高的電導率50%IACS，略低於未經處理的純鋁的電導率。
圖6是反復“折疊-軋製”所述第二複合結構4次、6次、8次、10次形成的鋁基複合材料及純鋁的抗拉強度測試圖。由圖6可見，鋁基複合材料的抗拉強度隨著軋製次數的增加不斷提高，軋製次數為10次的鋁基複合材料的抗拉強度可以達到450MPa，是純鋁的抗拉強度50MPa的9倍。
測試反復“折疊-軋製”所述第二複合結構8次形成鋁基複合材料的密度為3.08g/cm3。由於銅片採用電鍍法製備，其密度低於緻密的銅片，同時，在反復“折疊-軋製”所述第二複合結構過程中又進行了剪邊處理，所述鋁基複合材料的密度略低於理論密度3.48g/cm3。說明本案得到的所述鋁基複合材料具有較低的密度，所述鋁基複合材料品質減少，可以廣泛應用到需要減輕重量的器件中。
本發明實施例提供的鋁基複合材料的製備方法，具有以下有益效果：第一，這種方法適用於多種不同的金屬層或金屬基複合材料作為鋁基體的增強相，因而該技術具有廣泛的適用性，可用以製備不同的第二相金屬增強相複合的鋁基複合材料，有利於實現多種金屬增強相強化的鋁基複合材料的製備，通過發揮不同種金屬組元的特殊性能，賦予鋁基複合材料特殊的綜合性能；第二，該鋁基複合材料的製備過程方便高效，無需複雜昂貴設備，成本較低，可在室溫下進行，實現鋁基複合材料的快速製備，整個製備過程操作簡單，不需要精密的儀器及複雜的操作，有利於實現流水化作業；第三，採用反復折疊-軋製方法製備鋁基複合材料，可以通過設置不同的軋製次數，製備的具有不同外觀表面、不同機械強度及優異電導率共匹配的鋁基複合材料。通過設置軋製次數，可以實現鋁基複合材料綜合性能的調控，製備工藝穩定，適用性強，可以實現大範圍內金屬增強相體積分數的調控。這種鋁基複合材料的製備技術適用領域廣泛，具有低成本、能耗低、無污染的工藝特點，具有廣闊的應用領域和發展前景。
通過本案鋁基複合材料的製備方法的製備的鋁基複合材料，具有良好的表面光澤度及較高的強度，同時具有較高的電導率。
另外，本領域技術人員還可在本發明精神內做其他變化，當然，這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。

Claims (8)

  1. 一種鋁基複合材料的製備方法，包括以下步驟：S1，提供至少一增強相材料層與一鋁層，所述增強相材料層為一金屬層與奈米碳管膜層疊形成的複合材料層，所述奈米碳管膜為奈米碳管拉膜、奈米碳管碾壓膜或奈米碳管絮化膜，所述金屬層的材料為銅、鋅或者鎳；S2，將所述至少一增強相材料層設置在所述鋁層的至少一表面，形成一第一複合結構；S3，常溫下軋製所述第一複合結構形成第二複合結構；S4，常溫下反復折疊-軋製所述第二複合結構形成所述鋁基複合材料。
  2. 如請求項1所述之鋁基複合材料的製備方法，其中，提供一個增強相材料層時，將該增強相材料層對折成“∪”型，再將所述鋁層放置在該“∪”型增強相材料層的中空部分形成一三明治結構。
  3. 如請求項1所述之鋁基複合材料的製備方法，其中，在步驟S2之前，進一步包括對所述至少一增強相材料層與所述鋁層去油脂的步驟。
  4. 如請求項1所述之鋁基複合材料的製備方法，其中，在所述步驟S2之前，進一步包括對所述至少一增強相材料層與所述鋁層的表面進行刮擦處理的步驟，以使所述至少一增強相材料層與所述鋁層裸露部分新鮮的表面。
  5. 如請求項1所述之鋁基複合材料的製備方法，其中，所述至少一增強相材料層分別覆蓋所述鋁層的相對設置的第一表面和第二表面。
  6. 如請求項1所述之鋁基複合材料的製備方法，其中，每一次折疊-軋製使軋製後形成的複合結構的厚度減小至折疊後複合結構厚度的70%以下。
  7. 如請求項1所述之鋁基複合材料的製備方法，其中，反復折疊-軋製所述第二複合結構至少兩次。
  8. 一種採用請求項1所述之鋁基複合材料的製備方法形成的鋁基複合材料，其特徵在於，由至少一增強相材料層與一鋁層組成，所述至少一增強相材料層包括多個增強相薄片，所述多個增強相薄片至少部分均勻分佈在所述鋁層中。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20200368804A1 (en) * 2019-05-24 2020-11-26 Trusval Technology Co., Ltd. Manufacturing process for heat sink composite having heat dissipation function and manufacturing method for its finished product
CN113198840B (zh) * 2021-04-22 2022-04-12 武汉大学 一种碳纳米管制备石墨烯的方法及其应用

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4606979A (en) * 1984-07-26 1986-08-19 Tomokazu Takeuchi Porous thin foil and method for manufacturing the same
CN101530860A (zh) * 2009-04-13 2009-09-16 西安建筑科技大学 一种铝镁超细晶多层结构复合板的制备方法
CN103757569A (zh) * 2013-09-18 2014-04-30 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 有序碳纳米管增强铝基复合材料及其制备方法
CN105161698A (zh) * 2015-08-06 2015-12-16 苏州第一元素纳米技术有限公司 一种铝/碳复合电极的制备方法
CN107124680A (zh) * 2016-02-24 2017-09-01 东莞市瑞山橡塑制品有限公司 一种硅胶耳机音箱喇叭振膜及振膜的制备方法
CN107262726A (zh) * 2017-06-14 2017-10-20 中南大学 一种生产自粘接纳米层状结构的镍铝金属粉的深冷制备工艺
CN107323030A (zh) * 2017-06-19 2017-11-07 常州大学 一种轻金属基层状复合材料及其制备方法
CN108515085A (zh) * 2018-03-30 2018-09-11 湖南科罗德新材料有限公司 铜铝复合板带的制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101712468B (zh) * 2008-09-30 2014-08-20 清华大学 碳纳米管复合材料及其制备方法
CN106270509B (zh) * 2016-08-08 2018-09-07 武汉大学 一种氧化锌颗粒增强铝基复合材料的制备方法
CN106583451B (zh) * 2016-12-01 2018-09-11 桂林理工大学 累积叠轧及热处理制备多层结构的金属/纳米粒子复合材料的方法
CN108396163B (zh) * 2018-01-22 2020-08-18 武汉理工大学 碳纳米管增强泡沫铝基复合材料的制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4606979A (en) * 1984-07-26 1986-08-19 Tomokazu Takeuchi Porous thin foil and method for manufacturing the same
CN101530860A (zh) * 2009-04-13 2009-09-16 西安建筑科技大学 一种铝镁超细晶多层结构复合板的制备方法
CN103757569A (zh) * 2013-09-18 2014-04-30 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 有序碳纳米管增强铝基复合材料及其制备方法
CN105161698A (zh) * 2015-08-06 2015-12-16 苏州第一元素纳米技术有限公司 一种铝/碳复合电极的制备方法
CN107124680A (zh) * 2016-02-24 2017-09-01 东莞市瑞山橡塑制品有限公司 一种硅胶耳机音箱喇叭振膜及振膜的制备方法
CN107262726A (zh) * 2017-06-14 2017-10-20 中南大学 一种生产自粘接纳米层状结构的镍铝金属粉的深冷制备工艺
CN107323030A (zh) * 2017-06-19 2017-11-07 常州大学 一种轻金属基层状复合材料及其制备方法
CN108515085A (zh) * 2018-03-30 2018-09-11 湖南科罗德新材料有限公司 铜铝复合板带的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J Mater Sci (2011) 46:409–415 *

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