[发明专利]一种镍三铝金属间化合物-碳纳米管复合材料及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍三铝基复合材料及其制备方法，尤其涉及一种镍三铝金属间化合物-碳纳米管复合材料及其制备方法。属于复合材料科学与纳米材料科学领域。

背景技术

Ni₃Al基金属间化合物具有高熔点、密度低、抗氧化性能好、热导率高等优点，并成为目前有希望的高温结构替代材料，然而室温塑性差、高温强度低，阻碍了其实际应用。为此许多研究者试图通过添加第二相以及适宜的工艺来解决成型及应用问题。近年来，人们采取合金化如添加B合金元素以及制备具有纳米结构的Ni₃Al金属间化合物，使合金的室温塑性和高温强度得到明显改善。然而，在某些苛刻条件下使用时，现有的材料组成仍是无法满足。尽管专利号为02147650.0的中国专利“大块纳米晶镍铝金属间化合物的制备方法”公开了一种获得大块纳米晶镍铝金属间化合物材料的低成本简单工艺，其抗磨性能、弯曲强度和硬度均有所改善。

碳纳米管具有优异的力学性能以及独特的中空管状结构，被认为是理想的补强增韧材料。但是，经检索以碳纳米管为增强体，镍三铝金属间化合物为基体来制备复合材料的方法还未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的问题是提供一种镍三铝金属间化合物-碳纳米管复合材料及其制备方法，利用该方法可以制得高强度、高韧性的纳米复合材料。

本发明所述镍三铝金属间化合物-碳纳米管复合材料，由镍铝金属间化合物与镀镍碳纳米管制成；其特征是：所述复合材料的组分以重量百分比(wt％)计：镀镍碳纳米管为2％～9％，余量为镍三铝金属间化合物。

进一步的优选方式是：所述复合材料的组分以重量百分比(wt％)计：镀镍碳纳米管为3％～5％，余量为镍三铝金属间化合物。

更进一步的优选方式是：所述复合材料的组分以重量百分比(wt％)计：镀镍碳纳米管为4％，镍三铝金属间化合物为96％。

其中：上述碳纳米管优选多壁型碳纳米管。

本发明所述镍三铝金属间化合物-碳纳米管复合材料的制备方法，步骤是：

(1)以原子百分比计，按Ni∶Al＝3∶1的比例将分析纯镍粉与分析纯铝粉配料，机械合金化制得Ni₃Al纳米粉体；

(2)以总重量为100％计，称取重量百分比为91％～98％的Ni₃Al纳米粉体，与称取的重量百分比为2％～9％的镀镍碳纳米管混合；

(3)将步骤(2)所得复合粉体在20℃～25℃，压力为170～190MPa下冷压成型；

(4)将冷压成型的坯体装入石墨模具中，在温度为750℃～950℃，压力为20～35MPa，保护气体为H₂或N₂条件下，热压烧结制得镍三铝金属间化合物-碳纳米管复合材料；

其中：上述镀镍碳纳米管是指在碳纳米管上涂镀一层镍的碳纳米管，以如下镀液配方及方法制得：

硫酸镍(NiSO₄·6H₂O)         20～30g/L

次亚磷酸纳(NaH₂PO₂·H₂O)    25～30g/L

柠檬酸纳(Na₃C₆H₅O₇·2H₂O)   5～10g/L

氯化铵(NH₄Cl)               25～30g/L

氨水(NH₃)                   50ml/L

pH                          7～8

温度                        40℃±2℃

时间                        20min±5min

化学镀镍后的碳纳米管，经去离子水反复清洗并过滤后，在80℃条件烘干2h备用。

上述镍三铝金属间化合物-碳纳米管复合材料的制备方法中，步骤(2)所述Ni₃Al内米粉体与镀镍碳纳米管混合的方法是：先将其在乙醇中超声分散2～3h，然后再湿法球磨混合12～15h，烘干，备用。

上述镍三铝金属间化合物-碳纳米管复合材料的制备方法中，步骤(4)所述烧结温度优选850℃，压力优选20～30MPa。