[发明专利]一种碳纳米管增强铝基复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属复合材料领域，尤其涉及一种碳纳米管增强铝基复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纳米管(Carbonnanotubes，CNTs)是1991年被日本NEC公司科学家饭岛澄男在高分辨透射电子显微镜下所发现，作为一维碳族材料，它由单层或多层石墨片层弯曲而成，类似于中空圆筒结构，密度只有钢的1／6，质量轻、长径比极大、强度和模量高，具有优异的机械性能、电学性能、热力学性能和物理化学性能，因此其潜在的工业应用价值引起了广泛的关注。同时CNTs也被视为理想的复合材料增强体，广泛应用于高分子、陶瓷和金属复合材料当中。

铝合金由于密度小、强度高、塑性好等特性，在国民经济和航空航天、国防军工等高新技术领域有非常广泛的应用。随着世界各国对节能减排、环境污染问题的日益重视，对铝合金的力学性能提出了更高的要求。

金属基复合材料(Metalmatrixcomposites，MMC)是以金属或合金相为基体，颗粒晶须、短纤维、连续纤维为强化相的一种材料。它具有很强的可设计性自由度，通过合理选择基体合金、增强相种类以及制备工艺和参数，可实现良好的复合效应，从而得到性能优异的复合材料。CNTs超强的力学性能可以极大改善复合材料的强度和韧性。碳纳米管增强金属基复合材料(CNTs／MMC)是最近几年来迅速发展起来的新型材料，具有优良的理化和力学性能。

CNTs／A1基复合材料具有高比强度、耐磨耐腐蚀耐高温、轻质稳定、导电导热性能好和热膨胀系数低等优点，已经成为航空航天及其他尖端技术领域不可缺少的高性能材料。随着科技的不断发展对材料性能要求越来越高，需要更多的性能优良的新型铝基复合材料来满足现代工业的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种布氏硬度、弹性模量及抗拉强度高的碳纳米管增强铝基复合材料及其制备方法。

本发明涉及的一种碳纳米管增强铝基复合材料由以下质量百分比的组分组成：碳纳米管4.2%～10.0%，碳化硅4.5%～5.4%，锌0.8%～2.1%，铬1.0%～2.2%，钛2.2%～4.5%，铅0.3%～1.5%，银0.5%～1.0%，三氧化二钇2.3%～6.4%，余量为铝。

所述的碳纳米管粒度为10nm～20nm，碳化硅粒度为30μm～50μm，锌粒度为5μm～20μm，铬粒度为50μm～100μm，钛粒度为15μm～60μm，铅粒度为50μm～80μm，银粒度为20nm～50nm，三氧化二钇粒度为0.5μm～1.0μm，铝粒度为20μm～30μm。

作为对发明的进一步改进，碳纳米管增强铝基复合材料由以下质量百分比的组分组成：碳纳米管6.6%～9.0%，碳化硅4.8%～5.0%，锌1.2%～1.8%，铬1.4%～2.0%，钛3.0%～4.0%，铅0.6%～1.0%，银0.6%～0.8%，三氧化二钇4.0%～5.0%，余量为铝。

作为对发明的更进一步改进，碳纳米管增强铝基复合材料由以下质量百分比的组分组成：碳纳米管8.2%，碳化硅4.9%，锌1.6%，铬1.8%，钛3.5%，铅0.8%，银0.7%，三氧化二钇4.5%，余量为铝。

一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将碳纳米管放入质量浓度为20%的氢氧化钾溶液中，80℃下微波搅拌反应10min～40min，过滤，滤渣用蒸馏水冲洗至中性，放入烘箱中100℃烘干，得到活化后的碳纳米管，备用；

（2）按质量百分比称取碳化硅、锌、铬、钛、铅、银、三氧化二钇、铝及活化后的碳纳米管，过200目筛，用机械球磨混料机均匀混合，形成均匀的混合粉末，备用；

（3）将得到的混合粉末于压力为14.0MPa～15.5MPa、温度为1200℃～1350℃的条件下烧结30min～50min，即得到碳纳米管增强铝基复合材料。

作为对发明的进一步改进，步骤（1）中所述的微波搅拌反应时间为25min。

作为对发明的进一步改进，步骤（3）中所述的压力为14.8MPa，温度为1260℃。