碳纳米管增强镁、铝基复合材料及其制备方法技术

碳纳米管增强镁、铝基复合材料及其制备方法，属于金属基复合材料制备技术领域。该方法通过一系列工艺流程使碳纳米管均匀分布在镁基体中，获得碳纳米管增强镁基复合材料。该方法的具体实施步骤为：(1)碳纳米管与金属颗粒混合粉末的制备；(2)碳纳米管与金属颗粒混合粉末块体的制备；(3)碳纳米管增强金属基复合材料的制备。该方法具有大批量生产、工艺方法简便、碳纳米碳管分散均匀、不引入强酸强碱、污染小环境友好等优点，在航空航天、汽车、3C等对碳纳米管增强金属基复合材料有需求的领域有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管增强镁基复合材料及其制备方法
：本专利技术涉及碳纳米管增强镁基复合材料及其制备方法，属于金属基复合材料制备

技术介绍
碳纳米管具有空心结构，它具有低密度，大的长径比，大的比表面积，良好的高温稳定性，以及不易和金属反应等特点，如强度为钢的10-100倍，而其密度只有钢的几分之一，并且平均杨氏模量可达到1～1.8TPa，大概是钢的100倍。在2800℃的高温真空环境下，其导热性能稳定，比金刚石高出2倍。因此，自发现碳纳米管(CNTs)以来，由于其具有优异的性能和结构，CNTs凭借其极高的比强度和比刚度，极低的密度和轴向热膨胀系数和独特的导电导热性，被认为是陶瓷、聚合物及金属基复合材料的理想增强相。在金属材料中加入性能优异的碳纳米管，可以大幅度提高金属基复合材料的抗拉强度、屈服强度及弹性模量等性能指标，但以CNTs作为增强相制备金属基复合材料时，由于其大的比表面积和极高的长径比，碳纳米管之间存在较强的范德华力，使得碳纳米管之间团聚和缠绕现象严重造成与金属基体界面结合强度弱，由此严重破坏复合材料的性能，因此，如何提高碳纳米管在金属基体分散均匀，成为制备性能优异的碳纳米管增强金属基复合材料的关键。目前，以碳纳米管作为增强相制备金属(铝、镁、铜等)基复合材料是当前的研究热点和发展方向之一。主要采用干粉粉末冶金、高能球磨法、原位生成法、化学镀法和预制块搅拌铸造法等制备金属基复合材料，如在“原位合成的碳纳米管增强镁基复合材料的制备方法”(授权公告号CN102676859A)的专利技术中，采用在催化前躯体上生长碳纳米管，然后与镁粉混合球磨，最后烧结、挤压成型至原位合成的碳纳米管增强镁基复合材料。综上，现有的多种制备碳纳米管增强金属基复合材料的方法，出现碳纳米管分散不均匀和碳纳米管与金属基体界面结合差的问题，在制备过程中，也存在引入不利于环境友好的物质，工艺过程较复杂，及不利于工业化大批量生产等不足。因此，如何通过简单有效的分散碳纳米管方法、及利于工业批量生产和环境友好的制备方法，是当前制备碳纳米管增强金属基复合材料的主要研究方向。
技术实现思路
本专利技术的技术目的是针对当前碳纳米管在金属基复合材料制备工艺中的不足，提供碳纳米管增强镁基复合材料及其制备方法。该方法通过一系列工艺流程将碳纳米管与金属颗粒混合粉末，制得碳纳米管增强金属基复合材料。该方法可批量生产、工艺方法简便、碳纳米管分散均匀、与基体界面结合良好、污染小环境友好等优点，在航空航天、汽车、3C等对碳纳米管增强金属基复合材料等领域有广阔的应用前景。碳纳米管增强镁基复合材料的制备方法，是通过以下技术方案实现的，其步骤为：(1)碳纳米管与金属颗粒混合粉末的制备；(2)碳纳米管与金属颗粒混合物块体的制备；(3)碳纳米管增强金属基复合材料的制备；具体如下：(1)碳纳米管与金属颗粒混合粉末的制备将碳纳米管与金属颗粒通过搅拌分散或机械球磨的方式进行混合，获得碳纳米管与金属颗粒的混合粉末；优选碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或两种碳纳米管不同含量的组合，且碳纳米管的纯度大于99.0wt.％；上述金属颗粒优选：纯镁、镁合金中的一种，颗粒尺寸优选80～500目。所述纯镁中镁元素含量大于99.0wt.％。所述的镁合金为Mg-Al、Mg-Zn、Mg-RE系镁合金。碳纳米管与金属颗粒混合物中碳纳米管的含量为0.01～2.0wt.％。(2)碳纳米管与金属颗粒混合粉末块体的制备称取适量步骤(1)的混合粉末，将混合粉末置于模具中，再将模具预热至400～600℃在设定压力200～600MPa下保持设定时间10～30min；然后冷却至室温，得到碳纳米管与金属颗粒块体；(3)碳纳米管增强金属基复合材料的制备将步骤(2)得到的碳纳米管与金属颗粒块体以设定的挤压温度、挤压速度、挤压比进行挤压，得到碳纳米管增强金属基复合材料。优选工艺条件为挤压比为10～25，挤压温度为200～450℃，挤压速度0.1～10mm/s。本专利技术所用的制备方法具有如下优点：整个制备方法简单，流程短，最终可得到碳纳米管在镁基体中均匀分散，碳纳米管与镁基体界面结合良好，中间没有其它杂质，此种方法可进行批量生产碳纳米管增强金属基复合材料，具有广泛的应用前景。附图说明：图1为实施例1中碳纳米管增强纯镁基复合材料中CNTs分散与界面结合情况，其中CNTs是横截面。图2为实施例1中得到的碳纳米管增强纯镁基复合材料力学性能情况。图3为实施例2中得到的碳纳米管增强Mg-Zn-Er复合材料力学性能情况。具体实施方式：如下结合具体的实施案例进一步说明本专利技术，指出的是：以下实施案例只用于说明本专利技术的具体实施方法，并不能限制本专利技术权利保护范围。实施例1：本实施方式的粉末冶金制备碳纳米管增强纯镁基复合材料的工艺按以下步骤进行：(1)称取碳纳米管0.5g(单壁，纯度为99.0wt.％)，99.5g纯镁颗粒(镁含量为99.7wt.％，粒径300目)，进行机械球磨混合，获得碳纳米管与纯镁颗粒的混合粉末；(2)称取适量步骤(1)的混合粉末，将混合粉末置于硬质合金模具中，再将模具预热至500℃，设定压力为300MPa，设定时间为20min。然后冷却至室温，得到碳纳米管与纯镁颗粒块体；(3)将步骤(2)中的碳纳米管与纯镁颗粒块体在100t四柱挤压机中以挤压比为16，挤压温度为300℃，挤压速度3mm/s的工艺参数进行挤压，得到含0.5wt.％CNTs的碳纳米管增强纯镁基复合材料。实施例2：本实施方式的粉末冶金制备碳纳米管增强Mg-Zn-Er基复合材料的工艺按以下步骤进行：(1)称取碳纳米管0.06g(多壁，纯度为99.0wt.％)，99.94g镁合金颗粒(成分为6wt.％Zn、1wt.％Er、余量为Mg，粒径为80目)，进行机械球磨混合，获得碳纳米管与镁合金颗粒的混合粉末；(2)称取适量步骤(1)的混合粉末，将混合粉末置于金属模具中，再将模具预热至400℃，设定压力为200MPa，设定时间为10min。然后冷却至室温，得到碳纳米管与镁合金颗粒块体；(3)将步骤(2)中的碳纳米管与镁合金颗粒块体在100t四柱挤压机中以挤压比为10，挤压温度为200℃，挤压速度0.1mm/s的工艺参数进行挤压，得到含0.06wt.％CNTs的碳纳米管增强Mg-Zn-Er基复合材料。尽管这里已详细列出并说明了优选实施案例，但本领域技术人员可知，可在不脱离本专利技术精髓的情况下进行各种改进、添加、替换等方式，这些内容都被认定为属于权利要求所限定的本专利技术的范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
碳纳米管增强镁、铝基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)碳纳米管与金属颗粒混合粉末的制备将碳纳米管与金属颗粒通过搅拌分散或机械球磨的方式进行混合，获得碳纳米管与金属颗粒的混合粉末；(2)碳纳米管与金属颗粒混合粉末块体的制备称取适量步骤(1)获得的混合粉末，将混合粉末置于模具中，再将模具预热至400～600℃在设定压力200～600MPa下保持设定时间10～30min；然后冷却至室温，得到碳纳米管与金属颗粒块体；(3)碳纳米管增强金属基复合材料的制备将步骤(2)得到的碳纳米管与金属颗粒块体以设定的挤压温度、挤压速度和挤压比进行挤压，获得碳纳米管增强金属基复合材料。

【技术特征摘要】
1.碳纳米管增强镁基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)碳纳米管与金属颗粒混合粉末的制备将碳纳米管与金属颗粒通过搅拌分散的方式进行混合，获得碳纳米管与金属颗粒的混合粉末；(2)碳纳米管与金属颗粒混合粉末块体的制备称取适量步骤(1)获得的混合粉末，将混合粉末置于模具中，再将模具预热至400～600℃在设定压力200～600MPa下保持设定时间10～30min；然后冷却至室温，得到碳纳米管与金属颗粒块体；(3)碳纳米管增强金属基复合材料的制备将步骤(2)得到的碳纳米管与金属颗粒块体以设定的挤压温度、挤压速度和挤压比进行挤压，获得碳纳米管增强金属基复合材料；步骤(1)中所述的金属颗粒粒径为80～...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜文博，徐超，王朝辉，刘轲，李淑波，杜宪，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11