制造金属-碳纳米复合材料的方法技术

公开了一种制造金属－碳纳米复合材料的方法，其中铝被用作基料。制造方法包含混合涂布Ｓｉ的碳纳米材料（３０）和粉末Ｍｇ材料（３３），加热混合物至Ｍｇ材料的熔点或更高，其后冷却混合物得到Ｍｇ－碳纳米材料（３４）。通过冷却混合状态的Ｍｇ－碳纳米材料和熔融铝（４０），提供金属－碳纳米材料，其中Ａｌ被用作基料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及制造复合金属材料的方法，其中碳纳米材料用作增强材料，以及A1用作基料。
技术介绍
碳纳米材料，也就是纳米级的碳材料，是有前景的增强材料，金属-碳 纳米复合材料能通过添加Mg和Al制造。碳纳米材料的尺度可以被降低至 纳米级，使材料易于聚集。考虑上述情况，在日本专利申请公开No. 2006-44970 (JP 2006-044970 A)中公开了一种碳纳米材料均匀分散在Mg或 其他基料金属的方法。在JP 2006-044970 A中公开的制造方法不同于碳纳米材料被直接添加 至熔融Mg的制造方法。换句话说，Si微粒通过真空沉积被沉积在碳纳米 材料的表面上。涂布Si的碳纳米材料被添加至熔融Mg中。Si表明了一种 固着效果，促进碳纳米材料和Mg之间接合。涂布Si的碳纳米材料优于碳 纳米材料的事实可以基于润湿性评价。这是因为材料的颗粒彼此紧密接合， 以及随着润湿性上升接合性质改善。图11A禾n 11B显示了碳纳米材料和JP 2006-044970 A中公开的涂布Si的纳米材料的润湿性的评价。当角61或92小时，润湿角如图11A所示测量，当润湿角大时，如图 IIB所示测量。图11A中，涂布Si的碳纳米材料102通过熔接而接合在由钢通过放电 等离子烧结制成的基材101 (例如SKD61)上，在基材101的中心形成小 孔，并且表面被磨光。真空泵104用于在真空室103内形成真空，随后从 氩气供给管105中提供氩气，在真空室103内形成非氧化气氛。另外，真 空室103的内部被设置为与熔融Mg相同的温度(700°C)。而后，用汽缸 (cylinder) 106将熔融Mg 107推上去。熔融Mg 107散布于涂布Si的碳纳米材料i02的顶部，形成穹顶。此时的润湿角被记为ei。在图11B中，普通碳纳米材料108被置于基材101上。所述构造的其 他方面与图11A相同，熔融Mg 107基本上为球状。此时的润湿角被记为02。图12显示对比润湿性的图。相对于涂布Si的碳纳米材料，熔融Mg在 42°的润湿角ei处具有良好的润湿性。相对于正常碳纳米材料，熔融Mg 在157°的润湿角62处具有差的润湿性。因此，预先在碳纳米材料上真空 沉积Si微粒是有效的技术。本专利技术人用熔融Al取代熔融Mg，并实施一个试验，其中涂布Si的碳 纳米材料用熔融A1润湿。这样，滚转角为154° ，如图的右端所示。因此 预先在碳纳米材料上真空沉积Si微粒没有特别的意义。换句话说，明显的， 涂布Si的碳纳米材料不能仅被添加至熔融Al中，对所述情况的解决方法是 必要的。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供一种技术，其中碳纳米材料能充分地被 添加至熔融A1中。依据本专利技术的第一方面，提供一种用于制造金属-碳纳米复合材料的方 法，所述方法包含如下步骤通过在碳纳米材料的表面上沉积Si微粒制备 涂布Si的碳纳米材料；通过将涂布Si的碳纳米材料与粉末Mg材料和液态Mg材料之一混合得到Mg-碳纳米材料，当粉末Mg材料被混合时，在混合 物处于被加热至粉末Mg材料的熔融温度或更高的状态下保持预定的时间 间隔后，冷却该混合物；以及将Mg-碳纳米材料引入熔融Al中，并在预定 的时间间隔后冷却得到的混合物，从而提供金属-碳纳米复合材料，其中A1 被用作基料。所述方法被实施，使得碳纳米材料被Si微粒涂布，Si微粒附着在Mg 材料上，Mg材料被封闭在Al内。碳纳米材料和Si具有良好的相容性，Si 与Mg也一样。Mg和Al也具有良好的相容性。因此，碳纳米材料能被牢 固地接合在Al基料上。优选地，所述方法还包含如下步骤通过混合碳纳米材料和Si微粒而 配混混合物；以及将混合物置于真空炉中，使Si微粒在高温真空下蒸发并5沉积在碳纳米材料的表面上，从而提供涂布Si的碳纳米材料。换句话说，Si微粒在真空沉积步骤中蒸发，混合物通过伴随蒸发的搅动作用被搅动。 碳纳米材料和Si蒸汽间的接触通过搅动被提升。因此，Si微粒能被均匀分散在碳纳米材料的表面上。所述配混步骤可以包含如下步骤在混合容器中搅动有机溶剂、Si微粒和碳纳米材料；以及干燥搅动产物。由于有机溶剂的原因，防止碳纳米材 料的凝聚成为可能。结果，在保持分散状态的碳纳米材料上涂布Si微粒成 为可能。依据本专利技术的第二方面，提供一种方法，用于制造金属-碳纳米复合材々4 ， "i处刀YZTdi曰乂u I、少3求巡Jai工化火乡鬥XNTO々卄口、J双L&J丄V W,、 ；m 1;J)^乂市ij岳 涂布Si的碳纳米材料；将涂布Si的碳纳米材料引入熔融Mg材料中，混合它们得到Mg-碳纳米材料；以及将Mg-碳纳米材料与固态Al材料混合，并 在处于被加热至固态A1材料的熔融温度或更高的状态下保持预定的时间间 隔后，冷却得到的混合物，从而提供金属-碳纳米复合材料，其中A1被用作基料。依据所述方法，碳纳米材料如此被Si微粒涂布，Si微粒被封闭在Mg 材料中，Mg材料被封闭在Al中，碳纳米材料能牢固地被接合在Al基料上。 然而，在得到Mg-碳纳米材料的步骤中，可以不进行冷却。因此，热能的 消耗可以被降低。依据本专利技术的第三方面，提供一种用于制造金属-碳纳米复合材料的方 法，所述方法包含如下步骤通过在碳纳米材料的表面上沉积Si微粒制备涂布Si的碳纳米材料；保持涂布Si的碳纳米材料处于与液态Mg混合的状 态预定的时间间隔，而后冷却得到Mg-碳纳米材料；将Mg-碳纳米材料粉末化成粉末形式；将得到的粉末Mg-碳纳米材料与作为基料的粉末Al材料 混合；将得到的混合物压縮包装成预成型体；在真空、惰性气氛、或非氧 化气氛下加热预成型体至Al材料的熔点过更高，并在相同状态下保持预定 的时间间隔；以及冷却加热的预成型体，从而得到金属-碳纳米复合材料， 其中A1被用作基料。用所述方法，碳纳米材料被Si微粒涂布，Si微粒被封闭在Mg材料内， Mg材料被封闭在Al内，碳纳米材料能牢固地被接合在A1基料上。粉末冶金技术可以被用于该制造方法中。用粉末冶金可以得到外形接近成品的预 成型体。优选地，在加热步骤后，所述方法还包含压縮步骤，通过将预成型体冷却至可以允许对A1材料热加工的温度，并在所述温度下施加压力预定的时 间间隔，而压縮预成型体。复合金属材料的强度可由此显著提高，因为当 温度降低至可以热加工的水平以及当执行压縮时，碳纳米材料和Al材料通 过Si微粒被紧密结合。期望地，在冷却步骤中对得到的压实体连续的施加压力。由于在冷却期 间冷却速率的差别，金属-碳纳米复合材料中产生张力。在本专利技术中，张力 的发生通过施加压力被降低。结果，可以得到具有良好外形的金属-碳纳米 复合材料。附图说明本专利技术的特定优选实施方案将仅通过举例方式被描述如下，参考附图，其中图1 (a) - (d)是图解说明在本专利技术中进行的配混步骤和真空沉积步骤 的示意图2是涂布Si的碳纳米材料的示意图； 图3是沿图2的3-3线的横截面图4 (a) - (e)是图解说明依据本专利技术的第一实施方案的制造金属-碳 纳米复合材料的方法的示意图5是显示图4(b)的部件5的放大图； 图5是显示图4 (e)的部件6的放大图7 (a) - (e)是图解说明依据本专利技术的第二实施方案的制造金属-碳 纳米复合材料的方法的示意图8 (a) - 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造金属－碳纳米复合材料的方法，其包含如下步骤：　通过在碳纳米材料的表面上沉积Ｓｉ微粒制备涂布Ｓｉ的碳纳米材料；　通过将涂布Ｓｉ的碳纳米材料与粉末Ｍｇ材料和液态Ｍｇ材料之一混合得到Ｍｇ－碳纳米材料，当粉末Ｍｇ材料被混合时 ，在混合物处于被加热至粉末Ｍｇ材料的熔融温度或更高的状态下保持预定的时间间隔后，冷却混合物；以及　将Ｍｇ－碳纳米材料引入熔融Ａｌ中，并在预定的时间间隔后冷却得到的混合物，从而获得金属－碳纳米复合材料，其中Ａｌ被用作基料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：新井启太，加藤敦史，菅沼雅资，
申请(专利权)人：日精树脂工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]