[发明专利]碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，属于铝基复合材料的制备技术。

背景技术

碳纳米管（CNTs）自1991年由日本科学家Iijima发现以来，就因其独特的结构和性能引起了广泛的关注。碳纳米管具有独特的纳米中空结构、封闭的拓扑构型及螺旋结构，从而具有大量特殊的优异性能，如高强度、高弹性、高比表面积、耐热、耐腐蚀、极好的导热和导电性等，在很多领域都有巨大的应用前景。

碳纳米管的模量与金刚石相同，理论强度达到了10⁶兆帕，是钢铁的100倍，而密度仅为钢铁的1/6，同时它具有良好的耐蚀性和高温抗氧化能力，又有良好的结构稳定性和韧性，因此碳纳米管被认为是一种良好的增强相，被大量应用在复合材料的研究设计之中。但是，作为一种纳米物质，碳纳米管极易团聚，这将大大削弱其增强效果；同时，碳纳米管在复合材料中又是一种陶瓷相，和铝基体的界面结合也存在一些困难。从CNTs加入方式来讲解决办法可以分为两类： 

一是外加法，通过有机溶剂超声分散或者机械球磨，改善碳纳米管在基体中分散性。这种方法很难保证碳纳米管的结构稳定性，碳纳米管多以破碎的形式分散在基体中，复合材料的力学性能将受到很大的影响。以专利“CN101613079”为例，该方法采用机械球磨法将碳纳米管断裂成所需要的碳纳米晶须，并对碳纳米晶须进行酸洗、烘干，然后制备混合均匀的碳纳米管晶须与铝粉的复合粉末，最后制备大块碳纳米晶须增强铝复合材料。该工艺对碳纳米管的结构产生了严重的破坏，以至于变成了碳纳米晶须，对复合材料的性能带来了不利影响。再以专利“CN101818280”为例，该方法先将金属粉末加入到聚合物溶液中进行表面包覆，然后将聚合物包覆金属粉末加入到碳纳米管溶液中，使聚合物包覆金属粉末表面从碳纳米管溶液中均匀吸附碳纳米管，得到碳纳米管金属复合粉末，再用粉末冶金工艺进行复合材料制备。该工艺不足之处在于前期要对碳纳米管进行酸处理，使得碳纳米管长度变短，不定形碳增多，杂质含量也多。

二是原位生长法，一般来说此类方法首先进行催化剂负载，再通过气态或者固态碳源进行碳沉积获得碳纳米管。以专利“CN101864547”为例，其方法主要是将镍盐配成乙醇溶液，以铝基体粉末为载体，用浸渍法蒸发掉乙醇，将镍盐沉积在载体表面，再通过化学气相沉积法催化生长碳纳米管。该方法的不足之处在于对浸渍过程要求基体比表面积较大，且催化剂容易团聚失活。

由于以上多种问题，截止目前能够成功将CNTs增强相引入铝基复合材料的报道较少。因此，如何采用稳定的制备工艺，制备出有碳纳米管弥散分布的复合材料同时最大程度削弱对碳纳米管结构的破坏，尽可能提高碳纳米管与基体之间的界面结合，是制备高性能碳纳米管增强铝基复合材料面临的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法。该方法大大改善了催化合成的碳纳米管在基体中的分散程度，并且能够减少对碳纳米管结构的破坏，所得的复合材料相对于基体材料的强度有显著提高，并有良好的韧性。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，其特征在于包括以下过程：

1)      制备聚合物包覆层片状铝粉：

按照层片状铝粉与聚合度为1000～3000的聚乙烯醇质量比1：0.01～0.2，或者按照层片状铝粉与聚合度为1000～3000的聚乙二醇和柠檬酸按照质量比1:0.1～0.5:0.05～0.25，将层片状铝粉与聚乙烯醇或者与聚乙二醇和柠檬酸的水溶液混合，进行超声15～30分钟、搅拌1～2小时，再经过滤，用去离子水洗涤直至洗涤液中无聚合物为止，在60～120℃烘干得到聚乙烯醇或者聚乙二醇和柠檬酸包覆层片状铝粉末；

2)制备Ni/Al催化剂：