[发明专利]一种多层结构的多孔金属/纳米碳相复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种多层结构的多孔金属/纳米碳相复合材料的制备方法。以厚度适中的层状高通孔率的多孔金属为骨架，在上面负载一层厚度均匀的纳米碳相薄膜，在多孔金属空隙中填充适量金属粉后组装，经累积叠轧或高压扭转后多孔金属的空隙完全消失，金属粉，变形后的多孔金属的骨架和碳相形成致密的多层纳米结构，实现了在固相制备过程中高体积比例纳米碳相在金属基体中的均匀分散。本发明工艺简单、操作方便，对纳米碳相的损坏降至最低。能将不同碳相物质与不同多孔金属和金属粉复合为多层纳米晶、超细晶复合材料。产品具有塑性韧性好、抗疲劳、拉伸强度高、导电性优异、无毒性等特点。

技术领域

本发明涉及一种复合材料的制备工艺，特别是一种多层结构的多孔金属/纳米碳相复合材料的制备方法。

背景技术

累积叠轧（accumulative roll-bonding，ARB）是一种大塑性（SPD）变形方法，该方法被广泛用来制备大块超细晶结构金属板材。利用累积叠轧焊的复合技术使两种或两种以上物理、化学和力学性能不同的金属在界面上实现牢固冶金结合而制备出的一种新型层状金属复合材料，在许多领域获得了广泛的应用。例如，中国专利201310125199.6公开了一种提高铜合金抗应力松弛能力的累积叠轧及热处理方法，采用经过固溶处理的厚度为1～5mm 的弹性铜合金板材为原料。中国专利201410570336.1公开了一种金属层状微梯度复合材料制备方法。主要是利用同系列异质多层金属轧制复合与热处理工艺，通过合金元素的界面扩散而获得微梯度复合材料。中国专利201510279542.1公开了一种铝基石墨烯复合材料的制备方法。该工艺避免了传统粉末冶金工艺高能球磨对石墨烯的破坏，以多孔铝为骨架可以实现其有效分散，在实现提高复合材料高热导率性能和低热膨胀系数的基础之上，使铝/碳高导热复合材料的生产更加简单化。高压扭转法(HPT)也是大塑性（SPD）变形法中的一种，即在轴向压缩的同时在横截面上施加一扭矩，就可以变摩擦阻力为摩擦动力，从而既实现了一定的扭转变形，又实现了简单压缩变形。经过高压下HPT的严重扭转变形后，材料内部形成了大角度晶界的均匀纳米结构，材料的性能也发生了质的变化，从而使其成为制备块体纳米材料的一种新方法且被认为是最有希望实现工业化生产的有效途径之一。高压扭转与镦粗相比具有很大的优越性，如在促使变形均匀，降低变形抗力，增加变形量等有明显优势。中国专利201510086328.4公开了一种制备晶内含纳米尺寸析出相的纳米晶金属材料的方法。首先对粗晶金属材料进行高温固溶处理，获得合金元素过饱和溶解的单相固溶体；然后在室温或低于室温的温度下进行高压扭转处理，最后将上述纳米晶材料在3~25GPa 的压力下时效，温度100~800 ℃，保温5~8 小时，制备出纳米晶粒内含有纳米尺寸析出相的纳米晶金属材料。以上的文献调研和专利检索表明，均不涉及多层结构的泡沫金属/纳米碳相粒子复合材料累积叠轧和高压扭转的制备及热处理方法。

传统的制备纳米碳相增强金属基复合材料的方法或多或少地存在一些缺陷。例如，纳米碳管，石墨烯碳相在粉末冶金制备中被破坏，在金属熔体中搅拌时被烧损，在熔体中不能均匀分散，与金属熔体不润湿而漂浮在熔体表面，无法合成复合材料等。本发明将不同纳米碳相与不同多孔金属复合，并累积叠轧或高压扭转为多层纳米晶、超细晶复合材料。实现纳米碳与金属界面结合强、多层结构的金属间界面结合强的目的，特征是实现在固相制备工艺中将高比例纳米碳相在金属中均匀分散。

发明内容

为了实现上述发明目的，本发明提供一种多层结构的多孔金属/纳米碳相复合材料的制备方法。

具体步骤为：

（1）纳米碳预处理

将平均直径为30~80 nm的纳米碳加热至180℃，保温5小时除去部分杂质和水分。

（2）制备纳米碳相分散液