【技术实现步骤摘要】
以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料及其制备方法
本专利技术涉及仿生复合材料领域，具体为一种以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料及其制备方法，特别涉及一种具有微观定向结构的以石墨烯、碳纳米管或两者的组合增强的金属基仿生复合材料及其制备方法。
技术介绍
工业发展和社会进步对金属材料的力学性能与功能不断提出越来越高的要求，同时在轻质、节能、环保以及回收再利用等方面对材料的发展提出诸多限制。对金属材料进行优化设计与制备，以实现其优异的强韧匹配、抗疲劳等综合力学性能，同时赋予其一定的功能特性，对于促进金属材料更好地满足实际应用需求具有重要意义。对金属材料的组织结构进行巧妙设计与调控是提升其性能的重要途径。在这方面，作为神奇工程师的大自然能够为新型高性能金属材料的设计提供很多成功的典范。与组成和成分高度复杂化的人造材料相比，自然界中的天然生物材料是由生物体采用简单且性能并不突出的碳酸钙、二氧化硅等无机矿物与胶原蛋白、纤维素等有机质复合而成的，并且与苛刻的人造材料的制备加工条件相比，生物材料的合成往往是在相对温和的自然条件下以自下而上的自组装方式实现的。尽管如此，生物材料往往...
【技术保护点】
1.一种以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料，其特征在于，该复合材料由纳米碳材料和金属组成，以体积百分数计，纳米碳材料含量为0.5％～40％，其余为金属；所述的复合材料微观上具有仿生定向结构，表现为纳米碳材料以片层形式在金属基体中定向排列，其片层间距为2nm～50μm。
【技术特征摘要】
1.一种以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料，其特征在于，该复合材料由纳米碳材料和金属组成，以体积百分数计，纳米碳材料含量为0.5％～40％，其余为金属；所述的复合材料微观上具有仿生定向结构，表现为纳米碳材料以片层形式在金属基体中定向排列，其片层间距为2nm～50μm。2.根据权利要求1所述的以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料，其特征在于，所述的纳米碳材料为石墨烯、碳纳米管或两者的组合，所述的金属为铝、镍、钴、铁金属单质或以上述金属为基体的合金。3.根据权利要求1所述的以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料，其特征在于，所述的金属基体为铝或铝基合金时，复合材料的抗拉强度为150～950MPa，硬度为0.5～2.5GPa；所述的金属基体为镍或镍基合金时，复合材料的硬度为1.1～5.9GPa，2mm厚的复合材料在100MHz～1.5GHz频率范围的电磁屏蔽效能为25～85dB；所述的金属基体为钴或钴基合金时，复合材料的硬度为1.4～6.2GPa；所述的金属基体为铁或铁基合金时，复合材料的硬度为0.9～5.7GPa。4.一种权利要求1～3之一所述的以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料的制备方法，其特征在于，该方法用于制备具有微观定向结构的以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料，实现纳米碳材料以片层形式在金属基体中的均匀分布和定向排列，该方法的具体步骤如下：(A)将纳米碳材料粉体、金属粉体和添加剂均匀分散于水中，制备得到含有纳米碳材料和金属粉体的水基浆料；(B)利用冷冻铸造工艺处理浆料使其中的纳米碳材料和金属粉体沿冰晶生长方向定向排列，对凝固的浆料脱模后进行真空冷冻干燥处理去除其含有的水分，得到具有微观定向的片层结构的多孔坯体；(C)在真空或保护气氛中，采用高温处理去除坯体中含有的有机质，然后对坯体进行致密化处理得到具有微观定向结构的以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料。5.根据权利要求4所述的以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料的制备方法，其特征在于，所述的添加剂包括有机粘结剂和分散剂，该有机粘结剂是羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、蔗糖或瓜尔胶中的一种或一种以上，有机粘结剂的添加量为去离子水质量的0.5～15％，该分散剂是聚丙烯酸、聚乙烯亚胺、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或DarvanCN中的一种或一种以上，分散剂的添加量为金属粉体质量的0～12％。6.根据权利要求4所述的以纳米碳材料增强的金属基仿生复合...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘增乾，张健，谈国旗，张哲峰，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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