專利名稱:無(wú)壓滲透制備納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及采用無(wú)壓滲透制備納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法。
背景技術(shù):
Al基復(fù)合材料具有密度小、耐腐蝕和加工性能好等優(yōu)點(diǎn),隨著航空、航天和汽車制造等現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展,對(duì)這類材料的比強(qiáng)度、比剛度、耐磨性、耐熱性和抗疲勞等性能提出了更高的要求。納米相增強(qiáng)Al基復(fù)合材料是近年迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型材料,表現(xiàn)出優(yōu)異的理化和力學(xué)性能。納米碳管是一種新型的自組裝單分子材料,理論估算其楊氏模量高達(dá)5TPa,強(qiáng)度約為鋼的100倍,而密度卻只有鋼的1/6,是比強(qiáng)度和比剛度非常高的材料。納米碳管的韌性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性很好。納米碳管具有極小的尺度以及優(yōu)異的力學(xué)性能,是理想的一維納米增強(qiáng)增韌材料。納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料制備中的突出難點(diǎn)是納米碳管與金屬之間潤(rùn)濕性差,故其制備難度較大。目前通常采用的方法主要有熱壓法、真空吸鑄法、粉末冶金燒結(jié)法、半固態(tài)鑄造法以及利用涂敷或表面沉積改善潤(rùn)濕性的方法,但各有其局限性。如熱壓法和真空吸鑄法,需要特殊的高壓和真空獲得設(shè)備;半固態(tài)法,增強(qiáng)相比例受到限制,粒子均勻性也難以控制;粉末冶金法很難制備出大構(gòu)件。長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)內(nèi)外都在致力于尋找出一種實(shí)用、簡(jiǎn)單和效果良好的工藝。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用無(wú)壓滲透制備納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法。
本發(fā)明的方法,包括以下步驟1)將納米碳管、鎂粉、鋁粉的粉末采用機(jī)械方式混合或在不銹鋼罐中氬氣保護(hù)下球磨共混,其中納米碳管的體積含量為5%-20%,鎂粉∶鋁粉的體積比為1-5∶5-20;2)將混合的粉體直接裝入不銹鋼坩堝中或模壓成預(yù)制件放入到不銹鋼坩堝中;3)將純鋁或鋁合金置于增強(qiáng)粉體或預(yù)制件的上方,然后將它們一同置入管式爐中,在氮?dú)鈿夥障录訜嶂?50℃-1000℃溫度,根據(jù)預(yù)制件體積的大小來(lái)保溫1-8小時(shí),冷卻取出即得本發(fā)明的納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
上述的納米碳管可以是多壁納米碳管或單壁納米碳管。
本發(fā)明采用無(wú)壓滲透的方法,即熔體在無(wú)外力作用下,借助浸潤(rùn)導(dǎo)致的毛細(xì)管壓力自發(fā)滲入顆粒多孔預(yù)制件,形成復(fù)合材料??朔思{米碳管與熔融的鋁不相浸潤(rùn)的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了納米碳管與鋁的充分滲透,使得納米碳管在鋁基體中分布均勻,納米碳管體積含量可控,有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明還具有工藝簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備的要求低、得到的材料致密度高、可以近終成形等優(yōu)點(diǎn)。
圖1為本發(fā)明在制備裝置中的布置圖;圖2是體積含量為10%納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料斷口的場(chǎng)發(fā)射掃描(FEG-SEM)照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1將體積含量CNTs=10%,Mg=20%,Al=70%的粉末在不銹鋼罐中氬氣保護(hù)下球磨共混,把球磨好的粉體模壓成預(yù)制件放入到不銹鋼坩堝中,將鋁合金置于增強(qiáng)粉體上方,再將它們一同置入管式爐中在氮?dú)鈿夥障录訜嶂?00℃,并保溫五小時(shí)待爐冷后取出,即制得體積含量為10%納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。圖2所示為滲透后的納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料斷口的場(chǎng)發(fā)射掃描(FEG-SEM)照片。
實(shí)施例2將體積含量CNTs=5%,Mg=21.1%,Al=73.9%的粉末在不銹鋼罐中氬氣保護(hù)下球磨共混,把球磨好的粉體模壓成預(yù)制件放入到不銹鋼坩堝中,將鋁合金置于增強(qiáng)粉體上方,然后將它們一同置入管式爐中在氮?dú)鈿夥障录訜嶂?00℃,并保溫五小時(shí)待爐冷后取出,即制得體積含量為5%納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
實(shí)施例3將體積含量CNTs=20%,Mg=17.8%,Al=62.2%的粉末在不銹鋼罐中氬氣保護(hù)下球磨共混,把球磨好的粉體模壓成預(yù)制件放入到不銹鋼坩堝中。將鋁合金置于增強(qiáng)粉體上方,再將它們一同置入管式爐中在氮?dú)鈿夥障录訜嶂?00℃,并保溫五小時(shí)待爐冷后取出,即制得體積含量為20%納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
權(quán)利要求
1.無(wú)壓滲透制備納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法,其特征是包括以下步驟1)將納米碳管、鎂粉、鋁粉的粉末采用機(jī)械方式混合或在不銹鋼罐中氬氣保護(hù)下球磨共混,其中納米碳管的體積含量為5%-20%,鎂粉∶鋁粉的體積比為1-5∶5-20;2)將混合的粉體直接裝入不銹鋼坩堝中或模壓成預(yù)制件放入到不銹鋼坩堝中;3)將純鋁或鋁合金置于增強(qiáng)粉體或預(yù)制件的上方,然后將它們一同置入管式爐中,在氮?dú)鈿夥障录訜嶂?50℃-1000℃溫度,根據(jù)預(yù)制件體積的大小保溫1-8小時(shí),冷卻取出即得本發(fā)明的納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)壓滲透制備納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法,其特征是所說(shuō)的納米碳管可以是多壁納米碳管或單壁納米碳管。
全文摘要
本發(fā)明涉及無(wú)壓滲透制備納米碳管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法,該方法將一定配比納米碳管、鎂粉和鋁粉的粉末用機(jī)械方式混合或在不銹鋼罐中氬氣保護(hù)下球磨共混。然后裝入不銹鋼坩堝中或把球磨好的粉體模壓成預(yù)制件放入到不銹鋼坩堝中。將純鋁或鋁合金置于增強(qiáng)粉體或預(yù)制件上方,然后將它們一同置入管式爐中在氮?dú)鈿夥障录訜嶂?50℃-1000℃溫度,保溫一定時(shí)間,冷卻后取出即可。本發(fā)明克服了納米碳管與熔融的鋁不相浸潤(rùn)的缺點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了納米碳管與鋁的充分滲透,使得納米碳管在鋁基體中分布均勻,納米碳管體積含量可控,有利于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明還具有工藝簡(jiǎn)單、對(duì)設(shè)備的要求低、得到的材料致密度高、可以近終成形等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C1/05GK1546695SQ20031010913
公開日2004年11月17日 申請(qǐng)日期2003年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月5日
發(fā)明者丁志鵬, 張孝彬, 許國(guó)良, 劉芙, 李宗全, 涂江平, 李昱, 楊曉芳, 何金孝 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)