一种纳米碳材料-金属复合材料宏量制备方法、装备与应用技术

本发明专利技术属于纳米碳材料增强金属基复合材料制备方法领域，涉及一种纳米碳材料

【技术实现步骤摘要】
一种纳米碳材料
‑
金属复合材料宏量制备方法、装备与应用


[0001]本专利技术属于纳米碳材料增强金属基复合材料制备方法领域，具体说是一种纳米碳材料增强金属基复合材料高效制备方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]近年来，以碳纳米管、石墨烯、富勒烯、微晶碳为典型代表的纳米碳材料由于其优异的力学性能，成为金属基复合材料理想的强化相。现有研究已证实，在金属基体中添加少量纳米碳材料，即可实现其性能大幅提升。另外，其优异的导电导热性能，以及耐蚀性能突出。纳米碳材料增强金属基复合材料具有广阔的工业应用前景。
[0004]然而，由于高比表面积、高范德华力，纳米碳材料初始状态通常为大粒径团聚体。因此，纳米碳材料在与金属基体结合前，必须进行分散处理。目前，常用的分散技术手段主要有固相分散、液相分散两大类。
[0005]中国专利技术专利CN111172421A公开了一种粉末冶金法制备技术，依靠球磨产生的剪切力，将富勒烯均匀分散到金属基体中，然后压实得到块体金属基复合材料。
[0006]中国专利技术专利CN111996410A公开了一种液相分散技术，在溶液中将石墨烯与金属基体混合，依靠机械搅拌产生的剪切力打破石墨烯间范德华力，得到均匀分散的悬浊液，然后采用喷雾干燥搜集混合粉体。
[0007]中国专利技术专利CN107058786A公开了一种超声分散技术，依靠超声产生的空化作用得到石墨烯超声分散液，继续加入镁合金粉末，采用超声和机械搅拌得到均匀分散的石墨烯、镁复合粉末。最后，过滤、真空干燥。
[0008]中国专利技术专利CN106622029A公开了一种塔式金属雾化制粉设备，包括金属熔炼室、等离子雾化装置、高温化合塔室、冷却塔室、粉末分级收集装置、抽真空系统、冷却水循环装置、控制柜和塔式安装平台支架；金属熔炼室安装在等离子雾化装置上方，且与金属送料机构连接；等离子雾化装置安装在高温化合塔室顶部；高温化合塔室的上端与安装在塔式安装平台支架底层的抽真空系统连接，其下端与冷却塔室，通过塔式安装平台支架中的移动支架进行固定；冷却塔室的中部、底端均与粉末分级收集装置连接；冷却水循环装置与金属熔炼室、高温化合塔室和冷却塔室连接。
[0009]中国专利技术专利CN109420770A公开了一种碳化钒钛金属陶瓷粉末的生产方法，包括如下步骤：a、配料：按设定配比称取碳化钒、金属钛和碳；b、装炉：将混合料装入真空熔炼炉中；c、熔炼：在真空条件下将混合料加热至熔融状态，得到合金液，并保温；d、水雾法制粉：熔炼后，将合金液过热，然后进行水雾化制粉；e、真空吸滤：雾化后进行真空吸滤，得到碳化钒钛金属陶瓷粉末和雾化水；碳化钒钛金属陶瓷粉末经过干燥和筛分后得到成品。
[0010]由此可以看出，基于球磨的固相分散技术难以实现连续化、大规模生产；基于超
声、机械搅拌的液相分散技术需要进行干燥处理，工艺流程繁琐，成本较高；水雾化法制粉技术无法实现金属基复合材料制备。

技术实现思路

[0011]针对上述问题，需要开发一种低成本、短流程、工业化的纳米碳材料增强金属基复合材料制备方法与装置。为此，本专利技术提供了一种纳米碳材料增强金属基复合材料制备方法与装置。
[0012]为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0013]本专利技术的第一个方面，提供了一种纳米碳材料
‑
金属复合材料宏量制备方法，包括：
[0014]制备纳米碳材料悬浊液，待用；
[0015]将金属基体熔化，保温，待用；
[0016]将纳米碳材料悬浊液和熔化的基体金属同时进行雾化，使雾化的纳米碳材料分散液滴与熔化的金属基体液滴接触，快速干燥并凝固形成混合粉末，即得；
[0017]将所述混合粉末进行后续加工，得到纳米碳材料金属基复合材料制品。
[0018]本专利技术开发了一种低成本、短流程、工业化制备方法。
[0019]本专利技术的第二个方面，提供了上述的方法制备的纳米碳材料
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金属复合材料。
[0020]本专利技术的第三个方面，提供了一种用于纳米碳材料
‑
金属复合材料宏量制备装置，包括：熔炼炉、保温炉、分散系统和雾化制粉系统，所述保温炉的底部设置有排液口，所述排液口下方设置有漏斗，漏斗可控制金属液流量大小，所述保温炉本体的底部还设置有雾化喷嘴，所述雾化喷嘴的进液口与纳米碳材料悬浊液储罐相连。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022](1)短流程：本专利技术集成了水雾化法制粉技术与纳米材料分散技术，利用高温金属熔体的热量进行干燥，避免了其他技术手段繁琐的工艺流程，有效降低了能耗，提高了制备效率。
[0023](2)连续化生产：针对不同产能需求，配置不同数量熔炼炉、分散容器，可实现不间断连续化生产。
[0024](3)复合材料设计自由度高：针对不同产品与性能需求，以及应用场景需求，可设计不同含量、多种强化相协同增强金属基复合材料。金属基体成分设计自由度高。金属粉末粒径可通过高压水泵改变压力、雾化喷嘴改变流量大小进行自由调控。
[0025](4)技术普适性强：与其他加工技术衔接友好。
附图说明
[0026]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0027]图1为本专利技术装备示意图。
[0028]图2为本专利技术分散处理前后的富勒烯粉末形貌。
[0029]图3为本专利技术生产石墨烯增强铝基复合粉末形貌。
[0030]图4为本专利技术生产石墨烯增强铝基复合材料微观组织。
[0031]其中，1熔炼炉、2测温装置、3保温炉、4保温装置、5高压水泵、6分散装置、7雾化喷嘴、8金属液、9碳材料悬浊液、10气体流量控制器、11保护气体。
具体实施方式
[0032]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0033]本专利技术所述纳米碳材料为碳纳米管、石墨烯、富勒烯、微晶碳等纳米材料中的一种或多种混合。
[0034]本专利技术所述金属基体为铜、铁、铝、镁等材料纯金属或其合金。
[0035]将纳米碳材料装入分散容器中，加入溶液，持续进行超声或机械搅拌，或同时进行超声和机械搅拌处理。利用超声的空化作用或机械搅拌的强剪切力，打破纳米碳材料之间的范德华力，得到纳米碳材料悬浊液，待用。同时，将金属基体装入熔炼炉熔化，待用。
[0036]金属基体熔液升温至预定温度后，通过导流器导入到保温炉中保温。同时，将分散后的纳米碳材料悬浊液用高压水泵抽取，通过雾化喷嘴形成分散液滴。纳米碳材料在通过雾化喷嘴时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米碳材料
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金属复合材料宏量制备方法，其特征在于，包括：制备纳米碳材料悬浊液，待用；将金属基体熔化，保温，待用；将纳米碳材料悬浊液进行雾化，使雾化的纳米碳材料分散液滴与熔化的金属基体液滴接触，形成混合粉末；将所述混合粉末压制、烧结，即得。2.如权利要求1所述的纳米碳材料
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金属复合材料宏量制备方法，其特征在于，所述纳米碳材料为碳纳米管、石墨烯、富勒烯、微晶碳中的一种或多种混合。3.如权利要求1所述的纳米碳材料
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金属复合材料宏量制备方法，其特征在于，所述金属基体为铜、铁、铝、镁或其合金。4.如权利要求1所述的纳米碳材料
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金属复合材料宏量制备方法，其特征在于，所述纳米碳材料悬浊液的制备方法为持续进行超声或机械搅拌，或同时进行超声和机械搅拌处理。5.如权利要求1所述的纳米碳材料
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金属复合材料宏量制备方法，其特征在于，所述金属基体熔液升温至预定温度后，通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：张素卿，耿克俭，于欢，孙翠翠，吴建华，杨化冰，周吉学，张新房，王西涛，高志杰，李海文，
申请(专利权)人：山东省科学院新材料研究所，
类型：发明
国别省市：