一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，其步骤包括：(1)将碳纳米管分散在惰性有机溶剂中得到碳纳米管分散液；(2)将泡沫铝浸泡在步骤(1)中所述的碳纳米管分散液中，使碳纳米管分散到泡沫铝内；(3)将步骤(2)所述含有碳纳米管的泡沫铝干燥后得到碳纳米管-泡沫铝复合体；(4)将步骤(3)所述碳纳米管-泡沫铝复合体热压烧结，然后经模具热挤成型后得到所述碳纳米管增强铝基复合材料。本发明专利技术避免了传统的球磨工艺对碳纳米管造成的破坏，保留了原有碳纳米管的性能，而且还大大简化了工艺步骤。本发明专利技术制备方法成本较低、操作方便、制备周期较短，适用于工业化批量生产，具有很强的实用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属复合材料领域，具体是指一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法。
技术介绍
金属基复合材料有着传统金属材料的优良性能，添加增强相后可以克服传统金属材料的性能局限性。铝基复合材料有着质量轻，强度高，耐磨耐腐蚀，导电导热性好和热膨胀系数低等优点，广泛地应用在航天航空，汽车制造，电子仪器等工业领域。碳纳米管作为铝基复合材料的一种常见增强相，如何利用碳纳米管高性能的铝基复合材料成为今年来国内外研究的热点。碳纳米管在铝基体中的分散性是影响复合材料性能的重要因素之一。传统工艺在制备碳纳米管增强铝基复合材料过程中，一般采用球磨的方法，虽然能够使碳纳米管在铝基体中良好的分散，但一定程度上对碳纳米管造成损坏，影响复合材料的性能。如何制备分散性良好，并能让碳纳米管结构完整以充分利用碳纳米管优良性能的铝基复合材料是目前需要解决的主要问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是根据上述不足提供一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，该方法工艺简单，利于批量化生产，而且制得的铝基复合材料性能优秀。本专利技术是通过以下方式实现的：一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，其步骤包括：(1)将碳纳米管分散在惰性有机溶剂中得到质量浓度为0.1-10％的碳纳米管分散液；(2)将泡沫铝浸泡在步骤(1)中所述的碳纳米管分散液中，使碳纳米管分散到泡沫铝内；(3)将步骤(2)所述含有碳纳米管的泡沫铝干燥后得到碳纳米管-泡沫铝复合体；(4)将步骤(3)所述碳纳米管-泡沫铝复合体热压烧结，然后经模具热挤成型后得到所述碳纳米管增强铝基复合材料。优选的，所述步骤(1)中惰性有机溶剂为乙醇、乙二醇、丙三醇、异丙醇、丁醇、丙酮、丁酮、环己烷、庚烷、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、N甲基吡咯烷酮中的至少一种。优选的，所述步骤(1)中还加入了分散剂，所述分散剂与碳纳米管的重量比为0.1-5:1，所述分散剂为纤维素、甲基纤维素、羟甲基纤维素、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚山梨酯、聚乙二醇、聚丙二醇、烷醇酰胺中的至少一种。优选的，先将碳纳米管与分散剂混合，再采用球磨、超声、研磨或高速剪切的分散方式将碳纳米管分散到惰性有机溶剂中。优选的，所述步骤(1)中的碳纳米管直径为0.4-150nm，长度为200nm-1mm。优选的，所述步骤(2)的泡沫铝是先在酸性溶液中洗去表层的氧化层进行过活化处理的泡沫铝。所述酸性溶液可以为盐酸、醋酸、硝酸、硫酸或磷酸的任意一种。优选的，所述步骤(3)中的干燥是在100-200℃下进行的烘干。优选的，所述步骤(4)中的热压烧结，温度为450-620℃，压力为10-1000MPa，热压烧结时间为0.5-2小时。优选的，所述步骤(4)中的热挤成型，挤压比为4-25:1，挤压温度450-620℃，挤压压力100-1000Mpa。优选的，所述碳纳米管增强铝基复合材料中碳纳米管的重量占泡沫铝重量的0.5-5％。本专利技术先将碳纳米管在有机溶剂中分散均匀，有利于碳纳米管在泡沫铝中均匀分布。然后利用泡沫铝的连通孔，使碳纳米管分散液通过进入泡沫铝连通孔内可以分散在泡沫铝中。由于泡沫铝连通孔比较均匀，因此碳纳米管分散在泡沫铝中也很均匀。同时，本发明的制备方法避免了传统的球磨工艺对碳纳米管造成的破坏，保留了原有碳纳米管的性能，而且还大大简化了工艺步骤。另外，热压烧结的过程保证了材料的致密，在其过程中通过控制热压参数，可以实现对复合材料组织结构及界面特性的调控。最后再通过大塑性变形热挤制备出来所述碳纳米管增强铝基复合材料，使所得的铝基复合材料的性能得到提高。本专利技术制备方法成本较低、操作方便、制备周期较短，适用于工业化批量生产，具有很强的实用性。具体实施方式实施例1一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将1.0g碳纳米管(碳纳米管的直径为10nm，长度为200nm，由成都有机所提供)和2g的分散剂纤维素混合，然后加入至97g乙醇中，利用超声分散1个小时，得到碳纳米管分散液(碳纳米管在碳纳米管分散液含量为1.0wt％)。(2)将20g连通孔泡沫铝放在5.0wt％的稀盐酸中清洗去除氧化层后烘干。将活化处理后的连通孔泡沫铝浸泡在碳纳米管分散液中，浸泡2小时后取出。(3)将含有碳纳米管的泡沫铝在真空烘箱中烘干得到碳纳米管-泡沫铝复合体，真空烘箱中真空度为0.05mbar，烘干温度为100度。(4)将碳纳米管-泡沫铝复合体置于电炉中预热至580℃，在压力为700MPa下进行热压烧结1h。然后将热压烧结后的碳纳米管-泡沫铝复合体在580℃、700MPa下，以25：1的热挤比进行热挤，得到所述碳纳米管增强铝基复合材料1。所述碳纳米管增强铝基复合材料1中碳纳米管的重量占泡沫铝重量的1％。实施例2一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将2.0g碳纳米管(碳纳米管的直径为10nm，长度为500nm)和0.8g的分散剂聚乙二醇混合，然后加入至97.2g丙酮中，利用超声分散1个小时，得到碳纳米管分散液(碳纳米管在碳纳米管分散液含量为2.0wt％)。(2)将20g连通孔泡沫铝放在5.0wt％的稀盐酸中清洗去除氧化层后烘干。将活化处理后的连通孔泡沫铝浸泡在碳纳米管分散液中，浸泡2小时后取出。(3)将含有碳纳米管的泡沫铝在真空烘箱中烘干得到碳纳米管-泡沫铝复合体，真空烘箱中真空度为0.05mbar，烘干温度为150度。(4)将碳纳米管-泡沫铝复合体置于电炉中预热至580℃，在压力为700MPa下进行热压烧结2h。然后将热压烧结后的碳纳米管-泡沫铝复合体在580℃、700MPa下，以25：1的热挤比进行热挤，得到所述碳纳米管增强铝基复合材料2。所述碳纳米管增强铝基复合材料2中碳纳米管的重量占泡沫铝重量的1.5％。实施例3一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：(1)将3.0g碳纳米管(碳纳米管的直径为100nm，长度为1mm)和0.8g的分散剂聚山梨酯混合，然后加入至96.2g环己烷中，利用超声分散1个小时，得到碳纳米管分散液(碳纳米管在碳纳米管分散液含量为3.0wt％)。(2)将20g连通孔泡沫铝放在5.0wt％的稀盐酸中清洗去除氧化层后烘干。将活化处理后的连通孔泡沫铝浸泡在碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，其步骤包括：(1)将碳纳米管分散在惰性有机溶剂中得到质量浓度为0.1‑10％的碳纳米管分散液；(2)将泡沫铝浸泡在步骤(1)中所述的碳纳米管分散液中，使碳纳米管分散到泡沫铝内；(3)将步骤(2)所述含有碳纳米管的泡沫铝干燥后得到碳纳米管‑泡沫铝复合体；(4)将步骤(3)所述碳纳米管‑泡沫铝复合体热压烧结，然后经模具热挤成型后得到所述碳纳米管增强铝基复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，其步骤包括：
(1)将碳纳米管分散在惰性有机溶剂中得到质量浓度为
0.1-10％的碳纳米管分散液；
(2)将泡沫铝浸泡在步骤(1)中所述的碳纳米管分散液中，
使碳纳米管分散到泡沫铝内；
(3)将步骤(2)所述含有碳纳米管的泡沫铝干燥后得到碳纳
米管-泡沫铝复合体；
(4)将步骤(3)所述碳纳米管-泡沫铝复合体热压烧结，然
后经模具热挤成型后得到所述碳纳米管增强铝基复合材料。
2.根据权利要求1所述碳纳米管增强铝基复合材料的制备方
法，其特征在于：所述步骤(1)中惰性有机溶剂为乙醇、乙二醇、
丙三醇、异丙醇、丁醇、丙酮、丁酮、环己烷、庚烷、乙酸乙酯、
甲苯、二甲苯、N-甲基吡咯烷酮中的至少一种。
3.根据权利要求1所述碳纳米管增强铝基复合材料的制备方
法，其特征在于：所述步骤(1)中还加入了分散剂，所述分散剂
与碳纳米管的重量比为0.1-5:1，所述分散剂为纤维素、甲基纤维
素、羟甲基纤维素、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、聚山梨酯、聚
乙二醇、聚丙二醇、烷醇酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚争争，王利民，陈思敏，吴昊，孟晓明，黄元飞，廖晶，陈名海，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11