一种碳纳米管增强Zn基复合材料的制备方法技术

一种碳纳米管增强Zn基复合材料的制备方法，它涉及一种锌基复合材料的制备方法。本发明专利技术的目的是要解决现有碳纳米管在锌基体中分散不均以及与锌基界面结合力差的问题。方法：一、制备Ni/Al混合粉末；二、制备碳纳米管和铝的混合增强体；三、制备碳纳米管、铝和锌基复合粉末；四、热压烧结；五、热挤压，得到碳纳米管增强Zn基复合材料。本发明专利技术制备的碳纳米管增强Zn基复合材料的抗拉强度为230～240MPa，硬度值为55～62HB，制备出的碳纳米管增强Zn基复合材料伸长率为11％～15％。本发明专利技术适用于制备碳纳米管增强Zn基复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管增强Zn基复合材料的制备方法
本专利技术涉及一种锌基复合材料的制备方法。
技术介绍
增强体是金属基复合材料的关键组分之一。碳纳米管具有极高的比强度和比刚度、低的密度以及独特的导电、导热性，被认为是复合材料理想的增强相。但碳纳米管间具有较强的范德华力，在基体金属中容易产生团聚现象，碳纳米管增强体的性能无法得到充分利用。碳纳米管发现至今，已被广泛用于制备铝基、镍基、镁基以及铜基等各种传统的金属基复合材料，然而目前关于碳纳米管增强锌基复合材料的制备还未成熟。锌合金具有耐磨性、良好的机械性能，且具有熔点低、熔炼耗能少、常温强度优良等特点，在美、德、日等工业发达国家得到广泛应用，应用最多的是代替青铜合金作为耐磨材料。然而目前开发的锌合金普遍存在塑韧性较差等缺点，常用的锌合金如ZA27伸长率只有3％～10％，一定程度上制约了锌合金的广泛应用和发展。
技术实现思路
本专利技术的目的是要解决现有碳纳米管在锌基体中分散不均以及与锌基界面结合力差的问题，而提供一种碳纳米管增强Zn基复合材料的制备方法。一种碳纳米管增强Zn基复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、①、将催化剂与铝粉加入到无水乙醇中，再在温度为30℃～80℃下持续搅拌，直至无水乙醇完全挥发，再在温度为60℃～150℃下干燥，得到干燥的粉末；将干燥的粉末置于管式恒温炉中，再向管式恒温炉中通入保护气体，再在保护气和温度为200℃～500℃的条件下煅烧1h～5h，再以40mL/min～600mL/min的气体流速向管式恒温炉中通入氢气，再在氢气气氛和温度为350℃～650℃的条件下煅烧2h～10h，得到Ni/Al混合粉末；步骤一①中所述的催化剂与铝粉的质量比为(0.004～0.4):1；步骤一①中所述的铝粉的质量与无水乙醇的体积比为1g:(3mL～50mL)；②、向温度为350℃～650℃的管式恒温炉中通入碳源气体和载气气体的混合气体，再在温度为350℃～650℃和碳源气体和载气气体的混合气体气氛的条件下进行催化裂解反应0.1h～10h，最后在氩气或氮气的保护下将管式恒温炉自然冷却至室温，得到碳纳米管和铝的复合粉末；步骤一②中所述的碳源气体和载气气体的混合气体中碳源气体与载气气体的体积比为1:(1～20)；二、制备碳纳米管和铝的混合增强体；将碳纳米管和铝的复合粉末与过程控制剂混合均匀，再在球磨转速为200r/min～400r/min下球磨30min～300min，得到碳纳米管和铝的混合增强体；步骤二中所述的过程控制剂与碳纳米管和铝的复合粉末的质量比为(0～3):100；三、制备碳纳米管、铝和锌基复合粉末：将碳纳米管和铝的混合增强体与锌基粉末在搅拌速度为150r/min～300r/min搅拌50min～300min，得到碳纳米管、铝和锌基复合粉末；步骤三中所述的碳纳米管和铝的混合增强体与锌基粉末的质量比为(1～35):100；四、热压烧结：将碳纳米管、铝和锌基复合粉末在温度为350℃～600℃和压力为0.5kN～8kN的条件下热压烧结300min～600min，再在温度为350℃～600℃和压力为1kN～8kN的条件下保压50min～350min，得到碳纳米管、铝和锌基复合材料块体；五、热挤压：将碳纳米管、铝和锌基复合材料块体预热至100℃～350℃，再在温度为100℃～350℃、挤压比为(5～50):1和挤压速度为2mm/s～8mm/s的条件下进行热挤压，得到碳纳米管增强Zn基复合材料。本专利技术的原理及优点：一、本专利技术首先以六水合硝酸镍、四水合醋酸镍或四水合乙酸镍为催化剂，采用化学气相沉积法获得碳纳米管均分分散在Al粉表面的混合粉末，即碳纳米管和铝的复合粉末；再利用短时球磨使碳纳米管嵌入到Al粉基体内部获得混合增强体，即碳纳米管和铝的混合增强体；再利用机械混粉将碳纳米管和铝的混合增强体与锌基粉末混合，得到碳纳米管、铝和锌基复合粉末；再将碳纳米管、铝和锌基复合粉末烧结成碳纳米管、铝和锌基复合材料块体，最后将碳纳米管、铝和锌基复合材料块体热挤压成碳纳米管增强Zn基复合材料；二、本专利技术制备的碳纳米管增强Zn基复合材料，通过引入碳纳米管和铝的混合增强体，使得碳纳米管的纳米增强效应得到充分发挥，界面结合得到有效改善，碳纳米管增强体能有效增强锌基材料；三、本专利技术制备的碳纳米管增强Zn基复合材料的抗拉强度为230～240MPa，硬度值为55～62HB，制备出的碳纳米管增强Zn基复合材料伸长率为11％～15％。本专利技术适用于制备碳纳米管增强Zn基复合材料。附图说明图1为实施例一步骤二制备的碳纳米管和铝的混合增强体的SEM图；图2为实施例一步骤五制备的碳纳米管增强Zn基复合材料的SEM图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式是一种碳纳米管增强Zn基复合材料的制备方法，具体是按以下步骤完成的：一、①、将催化剂与铝粉加入到无水乙醇中，再在温度为30℃～80℃下持续搅拌，直至无水乙醇完全挥发，再在温度为60℃～150℃下干燥，得到干燥的粉末；将干燥的粉末置于管式恒温炉中，再向管式恒温炉中通入保护气体，再在保护气和温度为200℃～500℃的条件下煅烧1h～5h，再以40mL/min～600mL/min的气体流速向管式恒温炉中通入氢气，再在氢气气氛和温度为350℃～650℃的条件下煅烧2h～10h，得到Ni/Al混合粉末；步骤一①中所述的催化剂与铝粉的质量比为(0.004～0.4):1；步骤一①中所述的铝粉的质量与无水乙醇的体积比为1g:(3mL～50mL)；②、向温度为350℃～650℃的管式恒温炉中通入碳源气体和载气气体的混合气体，再在温度为350℃～650℃和碳源气体和载气气体的混合气体气氛的条件下进行催化裂解反应0.1h～10h，最后在氩气或氮气的保护下将管式恒温炉自然冷却至室温，得到碳纳米管和铝的复合粉末；步骤一②中所述的碳源气体和载气气体的混合气体中碳源气体与载气气体的体积比为1:(1～20)；二、制备碳纳米管和铝的混合增强体；将碳纳米管和铝的复合粉末与过程控制剂混合均匀，再在球磨转速为200r/min～400r/min下球磨30min～300min，得到碳纳米管和铝的混合增强体；步骤二中所述的过程控制剂与碳纳米管和铝的复合粉末的质量比为(0～3):100；三、制备碳纳米管、铝和锌基复合粉末：将碳纳米管和铝的混合增强体与锌基粉末在搅拌速度为150r/min～300r/min搅拌50min～300min，得到碳纳米管、铝和锌基复合粉末；步骤三中所述的碳纳米管和铝的混合增强体与锌基粉末的质量比为(1～35):100；四、热压烧结：将碳纳米管、铝和锌基复合粉末在温度为350℃～600℃和压力为0.5kN～8kN的条件下热压烧结300min～600min，再在温度为350℃～600℃和压力为1kN～8kN的条件下保压50min～350min，得到碳纳米管、铝和锌基复合材料块体；五、热挤压：将碳纳米管、铝和锌基复合材料块体预热至100℃～350℃，再在温度为100℃～350℃、挤压比为(5～50):1和挤压速度为2mm/s～8mm/s的条件下进行热挤压，得到碳纳米管增强Zn基复合材料。本实施方式的原理及优点：一、本实施方式首先以六水合硝酸镍、四水合醋酸镍或四水合乙酸镍为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管增强Zn基复合材料的制备方法，其特征在于一种碳纳米管增强Zn基复合材料的制备方法具体是按以下步骤完成的：一、①、将催化剂与铝粉加入到无水乙醇中，再在温度为30℃～80℃下持续搅拌，直至无水乙醇完全挥发，再在温度为60℃～150℃下干燥，得到干燥的粉末；将干燥的粉末置于管式恒温炉中，再向管式恒温炉中通入保护气体，再在保护气和温度为200℃～500℃的条件下煅烧1h～5h，再以40mL/min～600mL/min的气体流速向管式恒温炉中通入氢气，再在氢气气氛和温度为350℃～650℃的条件下煅烧2h～10h，得到Ni/Al混合粉末；步骤一①中所述的催化剂与铝粉的质量比为(0.004～0.4):1；步骤一①中所述的铝粉的质量与无水乙醇的体积比为1g:(3mL～50mL)；②、向温度为350℃～650℃的管式恒温炉中通入碳源气体和载气气体的混合气体，再在温度为350℃～650℃和碳源气体和载气气体的混合气体气氛的条件下进行催化裂解反应0.1h～10h，最后在氩气或氮气的保护下将管式恒温炉自然冷却至室温，得到碳纳米管和铝的复合粉末；步骤一②中所述的碳源气体和载气气体的混合气体中碳源气体与载气气体的体积比为1:(1～20)；二、制备碳纳米管和铝的混合增强体：将碳纳米管和铝的复合粉末与过程控制剂混合均匀，再在球磨转速为200r/min～400r/min下球磨30min～300min，得到碳纳米管和铝的混合增强体；步骤二中所述的过程控制剂与碳纳米管和铝的复合粉末的质量比为(0～3):100；三、制备碳纳米管、铝和锌基复合粉末：将碳纳米管和铝的混合增强体与锌基粉末在搅拌速度为150r/min～300r/min搅拌50min～300min，得到碳纳米管、铝和锌基复合粉末；步骤三中所述的碳纳米管和铝的混合增强体与锌基粉末的质量比为(1～35):100；四、热压烧结：将碳纳米管、铝和锌基复合粉末在温度为350℃～600℃和压力为0.5kN～8kN的条件下热压烧结300min～600min，再在温度为350℃～600℃和压力为1kN～8kN的条件下保压50min～350min，得到碳纳米管、铝和锌基复合材料块体；五、热挤压：将碳纳米管、铝和锌基复合材料块体预热至100℃～350℃，再在温度为100℃～350℃、挤压比为(5～50):1和挤压速度为2mm/s～8mm/s的条件下进行热挤压，得到碳纳米管增强Zn基复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管增强Zn基复合材料的制备方法，其特征在于一种碳纳米管增强Zn基复合材料的制备方法具体是按以下步骤完成的：一、①、将催化剂与铝粉加入到无水乙醇中，再在温度为30℃～80℃下持续搅拌，直至无水乙醇完全挥发，再在温度为60℃～150℃下干燥，得到干燥的粉末；将干燥的粉末置于管式恒温炉中，再向管式恒温炉中通入保护气体，再在保护气和温度为200℃～500℃的条件下煅烧1h～5h，再以40mL/min～600mL/min的气体流速向管式恒温炉中通入氢气，再在氢气气氛和温度为350℃～650℃的条件下煅烧2h～10h，得到Ni/Al混合粉末；步骤一①中所述的催化剂与铝粉的质量比为(0.004～0.4):1；步骤一①中所述的铝粉的质量与无水乙醇的体积比为1g:(3mL～50mL)；②、向温度为350℃～650℃的管式恒温炉中通入碳源气体和载气气体的混合气体，再在温度为350℃～650℃和碳源气体和载气气体的混合气体气氛的条件下进行催化裂解反应0.1h～10h，最后在氩气或氮气的保护下将管式恒温炉自然冷却至室温，得到碳纳米管和铝的复合粉末；步骤一②中所述的碳源气体和载气气体的混合气体中碳源气体与载气气体的体积比为1:(1～20)；二、制备碳纳米管和铝的混合增强体：将碳纳米管和铝的复合粉末与过程控制剂混合均匀，再在球磨转速为200r/min～400r/min下球磨30min～300min，得到碳纳米管和铝的混合增强体；步骤二中所述的过程控制剂与碳纳米管和铝的复合粉末的质量比为(0～3):100；三、制备碳纳米管、铝和锌基复合粉末：将碳纳米管和铝的混合增强体与锌基粉末在搅拌速度为150r/min～300r/min搅拌50min～300min，得到碳纳米管、铝和锌基复合粉末；步骤三中所述的碳纳米管和铝的混合增强体与锌基粉末的质量比为(1～35):100；四、热压烧结：将碳纳米管、铝和锌基复合粉末在温度为350℃～600℃和压力为0.5kN～8kN的条件下热压烧结300min～600min，再在温度为350℃～600℃和压力为1kN～8kN的条件下保压50min～350min，得到碳纳米管、铝和锌基复合材料块体；五、热挤压：将碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洋，刘越，朱戴博，王兴，朱睿童，候思茜，尹忠义，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43