[发明专利]一种固液法制备碳纳米管增强铝基复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种固液法制备碳纳米管增强铝基复合材料的方法，包括将铝粉、碳纳米管和过程控制剂进行高能球磨混合得到复合材料混合粉末；将上述粉末置于模具中压实后进行烧结，然后随炉冷却至40℃时取出得复合材料前驱体；以一定的稀释比例将复合材料前驱体加入铝液中，待炉体温度重新到达所设定温度后保温预先设定的时长；之后进行搅拌处理；待炉体温度重新到达所设定温度后再次保温，浇入模具中凝固制得碳纳米管增强铝基复合材料铸锭；将铸锭在一定温度下保温一定时间后进行热挤压，制得最终碳纳米管增强铝基复合材料。本发明解决了采用熔铸法制备碳纳米管增强铝基复合材料时碳纳米管在铝液中浮起团聚、难以被润湿、反应严重等问题。

技术领域

本发明属于金属基复合材料制备技术领域，尤其涉及一种固液法制备碳纳米管增强铝基复合材料的方法。

背景技术

铝及其合金由于轻质、高导热、耐腐蚀等优异性能是航空航天等国家重大领域的关键材料。以铝及其合金为基体的复合材料不仅继承了上述优良特性，同时具有高比强度、高比模量、低热膨胀系数、抗高温蠕变、耐疲劳和耐磨损等性能，在航空航天、交通等领域具有广阔应用前景。由于一维材料碳纳米管具有轻质、超高强度和模量、大长径比、高比表面积、优异导热导电等物理特性，碳纳米管增强铝基复合材料有望成为下一代轻质高强结构材料。

近年来研究人员围绕碳纳米管增强铝基复合材料的制备、力学行为等方面进行了大量研究，利用粉末冶金方法制备了高强度与较高弹性模量等优异性能的碳纳米管增强铝基复合材料。但是由于碳纳米管原材料的价格较高，期望通过降低制备成本来满足碳纳米管增强铝基复合材料的工程应用要求。与粉末冶金相比，熔铸法更易于大尺寸、规模化生产，实现碳纳米管增强铝基复合材料的低成本规模化制备。然而由于碳纳米管在铝液中浮起团聚、难以被润湿、反应严重等问题，传统的熔铸法难以可靠制备碳纳米管增强铝基复合材料。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的采用粉末冶金法制备碳纳米管增强铝基复合材料时难以实现大尺寸、规模化生产以及采用熔铸法制备碳纳米管增强铝基复合材料时碳纳米管在铝液中浮起团聚、难以被润湿、反应严重等问题，提供一种固液法制备碳纳米管增强铝基复合材料的方法，即将易获得优异性能的粉末冶金法与易规模化生产的熔铸法相结合的制备方法制备碳纳米管增强铝基复合材料，提高了材料的强度，同时极大程度上保留了材料的塑性。

本发明具体是通过以下技术方案来实现的：

提供一种固液法制备碳纳米管增强铝基复合材料的方法，包括：

制备复合材料混合粉末：将一定比例的铝粉、碳纳米管和过程控制剂进行高能球磨混合得到复合材料混合粉末；

制备复合材料前驱体：将所述复合材料混合粉末置于模具中压实，之后进行烧结，然后随炉冷却至40℃时取出所述复合材料混合粉末样品，即得复合材料前驱体；

固液法制备复合材料：以一定的稀释比例将所述复合材料前驱体加入完全熔化的铝液中，并将所述前驱体压入所述铝液中，待炉体温度重新到达所设定温度后保温预先设定的时长；之后进行一定时长的搅拌处理；待炉体温度重新到达所设定温度后再次保温一定时长，之后浇入模具中，凝固后制得碳纳米管增强铝基复合材料铸锭；

热机械处理：将所述碳纳米管增强铝基复合材料铸锭在一定温度下保温一定时间后，以一定的挤压比和挤压速度进行热挤压，以此制得最终碳纳米管增强铝基复合材料。

作为本发明的进一步说明，所述铝粉为球状15～53um的纯铝粉；所述碳纳米管为管径10～30nm的多壁碳纳米管，且满足0％＜所述碳纳米管的质量分数≤10％；所述过程控制剂为硬脂酸，且满足0％＜所述过程控制剂的质量分数≤5％。