一种闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种闭孔CNTs/Al‑Si复合泡沫材料，由以下原料制备而成：5wt％‑25wt％的硅粉，0‑5wt％的镁粉，0.15wt％‑1.5wt％的TiH2粉末，余量为原位化学气相沉积获得CNTs/Al粉末。其制备方法为将原位CNTs/Al粉末进行机械球磨；将球磨后获得的CNTs/Al粉末与硅粉、镁粉、发泡剂在搅拌机中混合；将混合粉末进行冷压成型，得到圆柱形预制块；将预制块放入电阻炉内的圆柱形钢模内快速发泡，即得闭孔CNTs/Al‑Si复合泡沫材料。本发明专利技术的闭孔CNTs/Al‑Si复合泡沫材料，泡孔分布均匀，大小尺寸一致，且为全闭孔，应变率敏感效应较低，压缩应力应变曲线具有明显的平台区。本发明专利技术制得的泡沫铝材料产品质量稳定、性能优异，且制备过程简单、工艺流程快速。

A closed CNTs/Al Si composite foam material and preparation method thereof

The invention relates to a CNTs/Al obturator foamed Si composites, prepared by the following raw materials: 5wt% 25wt% 0 5wt% powder, magnesium powder, TiH2 powder, 0.15wt% 1.5wt%, margin for in situ chemical vapor deposition CNTs/Al powder. The preparation method for the in situ CNTs/Al powder by means of mechanical milling; CNTs/Al powder and silicon powder, magnesium powder, foaming agent will get the ball milled in a blender mixing; the mixed powder of cold press molding, are cylindrical prefabricated block; prefabricated blocks in cylindrical steel mould rapid foaming resistance furnace, which was closed CNTs/Al Si composite foam material. CNTs/Al Si obturator composite foam material of the invention, the bubble size distribution is uniform, consistent, and for the whole closed cell, strain rate sensitivity is low, the compression stress-strain curve has obvious platform. The foam aluminum material made by the invention has stable quality and excellent performance, and the preparation process is simple and the process flow is fast.

【技术实现步骤摘要】
一种闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料及其制备方法
本专利技术涉及泡沫材料领域，尤其涉及一种闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料及其制备方法。
技术介绍
Al-Si合金是流动性最好的一种铝合金，常用作铸造铝合金，硅颗粒的存在可以明显提高合金的耐磨性和强度。在制备泡沫铝的过程中，硅元素的存在一方面可以提高材料的强度，另一方面增加了铝熔液流动性，以使气体在发泡阶段可很好的流动，得到泡孔分布均匀的复合材料。尉海军等人在“Al基和Al-6Si基闭孔泡沫铝的动态吸能性能”一文中采用熔体发泡法制备了孔结构均匀的闭孔泡沫Al-Si合金，研究表明泡沫Al-Si合金在压缩强度和动态吸能性能等方面均较纯铝基泡沫得到了很大程度的提高。但是，泡沫Al-Si合金自身屈服强度相对较低，吸能和抗冲击性能有待提高，此外，阻尼性能也不高，这些问题都限制了泡沫Al-Si合金的应用范围。碳纳米管(CNTs)由于具有优异的力学、物理性能、低密度以及高本征阻尼特性，被认为是金属泡沫材料极佳的增强相。公开号为CN104745976A的专利以尿素为造孔剂，采用填加造孔法制备了CNTs增强泡沫铝基复合材料，泡沫复合材料中碳纳米管呈三维网状在铝泡沫壁均匀穿插分布，并与孔壁交互作用，有效提高了复合材料的力学和功能性能。但此方法工艺流程时间较长，效率较低；此外，填加造孔剂制备的材料为开孔或者半开孔，只有当孔隙率较低时才会形成闭孔。因此，提供一种制备工艺简单稳定、产品效果好的闭孔复合泡沫材料，是本领域需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备工艺简单稳定、产品效果好的闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料及其制备方法。本专利技术的技术方案为：一种闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料，由以下原料制备而成：5wt％-25wt％的硅粉，0-5wt％的镁粉，0.15wt％-1.5wt％的TiH2粉末，余量为原位化学气相沉积获得CNTs/Al粉末。进一步的，硅粉粒度为40-200目，镁粉粒度为40-200目，TiH2粉末粒度为325-400目，原位化学气相沉积获得CNTs/Al粉末粒度为100-250目。进一步的，复合泡沫材料的孔隙率为55-95％。进一步的，复合泡沫材料的孔形状为球形，孔径大小为1.5-6.0mm。本专利技术还提供一种闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料的制备方法，通过以下步骤制得：(1)将原位化学气相沉积获得CNTs/Al粉末进行机械球磨，球磨转速为300-500rpm，时间为30-120min，球料比为5-15:1；(2)将步骤(1)球磨后获得的CNTs/Al粉末与硅粉、镁粉、发泡剂在搅拌机中混合，混合时间1-5h；(3)将步骤(2)获得的混合粉末进行冷压成型，得到圆柱形预制块；(4)将步骤(3)得到的预制块放入电阻炉内的圆柱形钢模内发泡，控制电阻炉温度为660-800℃，发泡时间20-300s，即得闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料。进一步的，步骤(2)中混合前，先将TiH2发泡剂在400-500℃温度下预氧化处理60-120min。进一步的，步骤(3)中冷压压强为300-600MPa，保压时间3-15min。进一步的，步骤(4)中圆柱形钢模的内径比预制块外径大0.5-4mm。本专利技术的闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料及其制备方法，具有以下有益效果：(1)本专利技术的闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料，泡孔分布均匀，大小尺寸一致，孔径在1.5-6.0mm之间，且为全闭孔，其应变率敏感效应较低，压缩应力应变曲线具有明显的平台区，使得该泡沫铝材料更偏向于结构方面应用；本专利技术的CNTs/Al-Si复合泡沫材料线性区更长，约达到5％，且在平台区(应变约为5-60％)应力可达11.33-24.05MPa，相较于未添加CNTs的Al-Si复合泡沫材料，其应力值提高了约100％-135％，从而提高了其吸能性能。(2)本专利技术的闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料，镁元素的加入可使得材料的强度进一步增加，同时也可增加材料的抗蚀性。(3)本专利技术的闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料的制备方法，制备工艺简单稳定、流程快速；相比于添加造孔剂法，省去了溶解尿素的步骤，同时在烧结过程中不必考虑块体中残留物质的高温分解问题，使得烧结工艺更加简单快捷；相比于熔体发泡法，省去了在发泡时向熔体中不断加入物质和控制搅拌时间及转速的过程。(4)本专利技术的闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料的制备方法中，对原位化学气相沉积获得CNTs/Al粉末进行短时机械球磨，使CNTs嵌入Al基体中，具有更好的增强效果；同时本专利技术的发泡时间短，相较于常规制备方法，从粉末到最后成品的时间有效缩短，大大提高了制备效率。附图说明为了更清楚的说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1为本专利技术闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料宏观结构示意图；图2为本专利技术实施例1制得的闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料与Al-Si复合泡沫材料的压缩应力应变曲线对比图。具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术的闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料，由以下原料制备而成：5wt％-25wt％的硅粉，0-5wt％的镁粉，0.15wt％-1.5wt％的TiH2粉末，余量为原位化学气相沉积获得CNTs/Al粉末。其中，硅粉粒度为40-200目，镁粉粒度为40-200目，TiH2粉末粒度为325-400目，原位化学气相沉积获得CNTs/Al粉末粒度为100-250目。复合泡沫材料的孔隙率为55-95％，复合泡沫材料的孔形状为球形，孔径大小为1.5-6.0mm。具体的，原位化学气相沉积获得CNTs/Al粉末的具体组成及制备工艺在本申请人之前申请的授权公开号为CN104745976B的专利中已公开，本申请中不再赘述。本专利技术制得的复合泡沫材料孔形状为球形，且分布均匀，大小尺寸一致，如图1所示，使得该复合泡沫材料的性能较好。且在制备过程中，泡孔是由于分解产生的气体导致，表面张力的作用使得泡孔为球形，且孔与孔之间是互相分离的，因此本专利技术制得的泡孔为全闭孔，具有闭孔泡沫材料所具备的特性，导热率低、应变率敏感效应较低、压缩应力应变曲线具有更加明显的平台区，使其更偏向于结构方面的应用。上面内容详细描述了本专利技术的闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料的产品性能，下面将列举具体实施例对本专利技术进行进一步的描述：实施例1一种闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料，由以下原料制备而成：7wt％的硅粉，1.5wt％的TiH2粉末，余量为原位化学气相沉积获得CNTs/Al粉末。其中，硅粉粒度为40-200目，TiH2粉末粒度为325-400目，原位化学气相沉积获得CNTs/Al粉末粒度为100-250目。本实施例中闭本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种闭孔CNTs/Al‑Si复合泡沫材料，其特征在于，由以下原料制备而成：5wt％‑25wt％的硅粉，0‑5wt％的镁粉，0.15wt％‑1.5wt％的TiH2粉末，余量为原位化学气相沉积获得CNTs/Al粉末。

【技术特征摘要】
1.一种闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料，其特征在于，由以下原料制备而成：5wt％-25wt％的硅粉，0-5wt％的镁粉，0.15wt％-1.5wt％的TiH2粉末，余量为原位化学气相沉积获得CNTs/Al粉末。2.根据权利要求1所述的闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料，其特征在于，硅粉粒度为40-200目，镁粉粒度为40-200目，TiH2粉末粒度为325-400目，原位化学气相沉积获得CNTs/Al粉末粒度为100-250目。3.根据权利要求1所述的闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料，其特征在于，所述复合泡沫材料的孔隙率为55-95％。4.根据权利要求3所述的闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料，其特征在于，所述复合泡沫材料的孔形状为球形，孔径大小为1.5-6.0mm。5.一种如权利要求1-4中任一项所述的闭孔CNTs/Al-Si复合泡沫材料的制备方法，其特征在于，通过以下步骤制得：(1)将原位化学气相沉积获得CNTs/Al粉末进行机械球磨，球磨转...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭东，马有草，许佳丽，杨昆明，赵乃勤，邹田春，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津,12