镁基－碳纳米管复合材料的制造设备及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种镁基－碳纳米管复合材料的制造设备，该制造设备包括一触变成形机、一压铸模具及一进料装置。本发明专利技术还涉及一种使用该制造设备制备镁基－碳纳米管复合材料的方法，其包括以下步骤：提供大量的镁颗粒和大量的碳纳米管；用一吸气装置将上述的镁颗粒和碳纳米管吸入触变成形机中，形成一镁颗粒和碳纳米管的混合体；加热上述混合体，形成一触变态的浆料；将上述浆料喷入一压铸模具中，冷却后，形成镁基－碳纳米管复合材料。使用本发明专利技术所述的制造设备所制备的镁基－碳纳米管复合材料，由于其中的碳纳米管分散均匀，从而具有强度高和韧性好等优点，可广泛地应用于３Ｃ产品、汽车零部件、航天航空零部件等方面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种复合材料的制造设备及其制造方法，尤其涉及一种镁基 -碳纳米管复合材料的制造设备及其制造方法。
技术介绍
镁是地球上储量最丰富的轻金属元素之一，镁的比重是1.74克每立方 厘米(g/cm3),只有铝的2/3、钛的2/5、钢的1/4,具有比强度、比刚度、吸 震降噪性能好、铸造性能好、储量丰富、易于回收利用等优点，被誉为"21 世纪的绿色工程材料"。因此，镁合金在这方面可以发挥更大的优势。由于 其特殊的性能，所以广泛用于航空航天领域、汽车行业和信息产业当中。但 是，铸造镁合金的绝对强度低、组织较软、高温性能较差等弱点，使得镁合 金仅能用来制造壳类等不能承受较大载荷的零件。而镁基复合材料具有更高 的比强度、比刚度，同时还可能具有较好的耐磨性、耐高温性能。所以，相 比镁合金，镁基复合材料具有更大的潜在的应用前景。目前，主要是采用向镁基复合材料中加入纳米级颗粒增强体的方式提高 镁基复合材料的强度和韧性。具有纳米级晶体的碳纤维或碳纳米管等碳纳米 材料，其形状为类似于圆柱形弯曲片材的物质，其中碳原子以六边形网格形 式排列，具有1.0-150纳米(nm)直径和最长至100微米((im)长度。这些物质 的抗拉强度为钢的100倍，其密度为1.35g/cm3，膨胀率低、导热、导电性 及可滑动性能好，是理想的纳米晶须增强增韧材料。向镁基复合材料中加入上述的纳米级颗粒的一种典型工艺是半固态成形 工艺。半固态成形工艺主要包括压铸和触变注射成形。由于镁基复合材料锭 料在二次加热时易氧化燃烧，因此当前主要采用触变注射成形工艺制备镁基 复合材料。采用触变成形注射工艺制备镁基复合材料的具体过程如下将基 体切削加工成细颗粒状，同时加入增强颗粒，将混合物颗粒装入料斗中，通 入氩气进行保护，当复合材料颗粒运动到加热部位时，将呈部分融熔状态的 形成了具有触变结构的半固态料，在螺旋体作用下，当其累计到一定的体积时，再被高速注射到已经被抽空的预热模具中成形。在整个触变注射成形的 过程中，镁基复合材料可以像热塑性塑料一样流动成形，清洁，安全，原材 料消耗大大减少和没有熔渣产生，更不需熔炼液态金属和浇注等过程，成形 件可达到很高的精度，缩松少，致密度高。将碳纳米管作为镁基复合材料的增强体可表现出良好的强度和韧性，所 以镁基-碳纳米管复合材料有可能具有极好的综合机械性能。但是，釆用上述 的半固态成形工艺制备的镁基-碳纳米管复合材料中存在着碳纳米管分散不均勻的问题(i青参见,Development of novel carbon nanotube reinforced magnesium nanocomposites using the powder metallurgy technique, C S Goh et al.,Nanotechnology, vol 17,p7(2006))。由于碳纳米管在镁基-碳纳米管复合材 料中分散不均勻，从而导致了镁基-碳纳米管复合材料在强度和韧性方面没有 达到预期的要求。因此，确有必要提供一种镁基-碳纳米管复合材料的制造设备及其制造 方法，使用该制造设备制备的镁基-碳纳米管复合材料中的碳纳米管分散均 匀，且该镁基-碳纳米管复合材料具有强度高及韧性好的优点。
技术实现思路
一种镁基-碳纳米管复合材料的制造设备，该制造设备包括一触变成形 机、 一压铸模具及一进料装置，所述的触变成形机包括一加热桶、 一供料口 及一喷嘴，供料口设置在加热桶的第一端，喷嘴设置在加热桶与第一端相对 的第二端，所述的压铸模具设置于上述的喷嘴处，所述的触变成形机进一步 包括一加热带、 一螺杆，该加热带环绕在加热桶的外围，该螺杆设置在加热 桶的轴心处，进料装置包括一料斗，该料斗设置在供料口上，其中，上述的 进料装置还进一步包括一吸气装置、 一第一料桶、 一第二料桶及输料管，上 述吸气装置设置在料斗上，料斗与第一料桶和第二料桶之间用输料管连接。一种使用上述的制造设备制备镁基-碳纳米管复合材料的方法，该方法 包括以下步骤提供大量的镁颗粒和大量的碳纳米管；用一吸气装置将上述 镁颗粒和碳纳米管吸入触变成形机中，形成一镁颗粒和碳纳米管混合体；加 热上述混合体，形成一触变态的浆料；将上述浆料喷入一压铸模具中，冷却 后，形成镁基-碳纳米管复合材料。5与现有技术相比较，所述的镁基-碳纳米管复合材料的制造设备及其制 造方法，利用制造设备的吸气装置吸气时产生的负压，将镁颗粒和碳纳米管 通过输料管吸入料斗中，由于镁颗粒和碳纳米管在输料管中不断碰撞，从而 在料斗中形成镁颗粒和碳纳米管混合均匀的混合体。另外，通过调节开关阀 的大小控制进入料斗中的镁颗粒和碳纳米管的吸入量，防止在料斗中积存大 量的镁颗粒和碳纳米管的混合体造成上述的混合体成分偏析，从而使得镁颗 粒和碳纳米管的混合体在进入加热桶时混合均匀。此外，通过螺杆在触变态 浆料中的螺旋搅拌，使镁颗粒和碳纳米管在触变态浆料中分布进一 步均匀 化。因此，利用本专利技术所提供的制造设备所制备的镁基-碳纳米管复合材料， 由于其中的碳纳米管分散均匀，从而具有强度高和韧性好的优点，可广泛地应用于3C产品、汽车零部件、航天航空零部件等方面。附图说明图1是本技术方案镁基-碳纳米管复合材料的制造设备的结构示意图。图2是本技术方案镁基-碳纳米管复合材料的制备方法的流程示意图。 具体实施例方式下面将结合附图及具体实施例，对本技术方案所述的镁基-碳纳米管复合 材料的制造设备及其制造方法作进一步的详细说明。请参阅图1，本技术方案提供了一种镁基-碳纳米管复合材料9的制造设 备10,该制造设备10包括一触变成形机5、 一压铸模具6及一进料装置7 。 所述触变成形机5包括一加热桶51、 一供料口 52及一喷嘴53,供料口 52 设置在加热桶51的第一端，喷嘴53设置在加热桶51与第一端相对的第二 端，所述压铸模具6设置于喷嘴53处。所述触变成形机5进一步包括一加 热带54、 一螺杆56。该加热带54环绕在加热桶51的外围，在加热带54的 外围设置一保温层55,该保温层55可以起到保持加热桶内部温度恒定的作 用。螺杆56设置在加热桶51的轴心处，且可以在加热桶51中旋转。进料 装置7包括一料斗71、 一吸气装置72、第一料桶73、第二料桶74及输料管 75。料斗71设置在供料口 52上，吸气装置72设置在料斗71上，输料管75 连接料斗71与第一料桶73和第二料桶74。在第一料桶73中放置大量的镁颗粒3,在第二料桶74中放置大量的碳纳米管4。吸气装置72吸气时可以 产生负压，该负压可以将第一料桶73中的镁颗粒3和第二料桶74中的碳纳 米管4通过输料管75吸入料斗71中。本实施例中，吸气装置72为一吸气泵，连接料斗71与第一料桶73和 第二料桶74的输料管75为一 Y型输料管，在连接第一料桶73的Y型输料 管75第一个分支753上设置有第一开关阀751，可以调节第一开关阀751 的大小来控制第一料桶73中的镁颗粒3吸入料斗71中的吸入量。在一连接 第二料桶74的Y型输料管75第二分支754上设置有第二开关阀752，可以 调节第二开关阀752的大小来控制第二料桶74中的碳纳米管3吸入料斗71 中的吸入量。请参阅图2,使用上述的镁基-碳纳米管复合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种镁基－碳纳米管复合材料的制造设备，该制造设备包括一触变成形机、一压铸模具及一进料装置，所述的触变成形机包括一加热桶、一供料口及一喷嘴，供料口设置在加热桶的第一端，喷嘴设置在加热桶与第一端相对的第二端，所述的压铸模具设置于上述的喷嘴处，所述的触变成形机进一步包括一加热带、一螺杆，该加热带环绕在加热桶的外围，该螺杆设置在加热桶的轴心处，进料装置包括一料斗，该料斗设置在供料口上，其特征在于，上述的进料装置还进一步包括一吸气装置、一第一料桶、一第二料桶及输料管，上述吸气装置设置在料斗上，料斗与第一料桶和第二料桶之间用输料管连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锦修，陈正士，许光良，杜青春，李文珍，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]