[发明专利]一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种简易的碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，其先将碳纳米管进行酸化预处理2~4h；随后将碳纳米管分散于乙醇和丙酮组成的混合有机溶液中，并加入硝酸铝进行超声处理，得到均匀分散的CNTs电镀液；之后以铝箔为电镀阴极，不锈钢片为电镀阳极，进行电泳沉积，再将电泳沉积得到的铝箔叠层，经SPS烧结后进行室温轧制，得到所述碳纳米管增强铝基复合材料。本发明工艺制备的碳纳米管增强铝基复合材料不仅有高的拉伸强度，还在保持较好延伸率的同时提升了加工硬化率和均匀变形能力，且其操作简单，成本低，具有良好的可推广性。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法。

背景技术

现代工业发展迅速，对结构材料的性能要求也越来越高。纯铝的密度小（ρ=2.7g/cm³），熔点低（660℃），为面心立方结构，故具有很高的塑性，易于加工。纯铝的抗腐蚀性能好，但强度低，退火状态σ_b值约为8kgf/mm²，故不宜作结构材料。铝基复合材料具有比强度、比模量高，抗疲劳强度高，耐磨性能好和密度低的特点。同时，铝基复合材料具有合金选择范围广、可热处理、制备工艺灵活多样等许多优点，能代替铝合金、钛合金、钢等材料制造高性能轻型构件，并可提高材料的性能、使用寿命和仪器精度，在航空航天、汽车制造、电子电气等领域应用前景广阔，也是近年来国内外新材料研究的热点之一。然而，铝基复合材料的塑性低、加工成型性差，难以单独使用。

自1991年日本科学家Iijima发现碳纳米管（CNTs）以来，其就因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。

外加法是通过有机溶剂超声分散或者机械球磨来改善碳纳米管在基体中分散性。但这种工艺会对碳纳米管的结构产生严重破坏，使碳纳米管很难保证其结构稳定性，使得碳纳米管大多以破碎的形式分散在基体中，削弱了其增强效果，也使复合材料的力学性能受到较大的影响。原位生长法是先进行催化剂负载，再通过气态或固态碳源进行碳沉积获得碳纳米管的方法。该工艺的不足之处在于浸渍过程要求基体比表面积较大，且催化剂容易团聚失活。此外，由于铝颗粒表面较为光滑，采用空气热压法对铝粉进行预处理，如果不经塑性变形，则碳纳米管不易嵌入其中。与此同时，这种方法未能在碳纳米管嵌入铝颗粒表面时就将液体烘干，很容易导致碳纳米管重新团聚，削弱复合材料的力学性能。

因此，如何在保持碳纳米管结构完整的前提下，减少或避免碳纳米管的团聚，并提高碳纳米管与铝基体之间的界面结合程度，是目前制备高性能的碳纳米管增强铝基复合材料需要解决的问题。

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，该方法使用电泳沉积的工艺，以明显改善碳纳米管在基体上的分散程度，再通过SPS烧结与轧制，提高了碳纳米管与基体之间的界面结合程度，从而制备出强度高、韧性（塑性）高的碳纳米管增强铝基复合材料，并且该方法简单，操作容易。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

1）碳纳米管的预处理：将0.3g~0.5g碳纳米管于浓硝酸与浓硫酸按体积比1:2~3组成的混合酸液中酸化处理2~4h，以除去不定型碳，然后抽滤，烘干，除去可溶性杂质；