在铝粉表面原位催化气态碳源制备碳纳米管/铝复合材料的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106555071A(43)申请公布日2017.04.05(21)申请号201611088685.5(22)申请日2016.11.30(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人赵乃勤刘兴海李家俊刘恩佐何春年师春生李群英(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人程毓英(51)Int.Cl.C22C1/05(2006.01)C22C1/10(2006.01)C22C21/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称在铝粉表面原位催化气态碳源制备碳纳米管/铝复合材料的方法(57)摘要本发明公开一种在铝粉表面原位催化气态碳源制备碳纳米管/铝复合材料的方法，包括下列步骤：(1)以六水合硝酸镍为催化剂、无水乙醇为分散剂、纯铝粉为金属原料制备前驱体粉末粉末；(2)将前驱体粉末置于立式炉中原位合成碳纳米管/铝复合材料：通入碳源气体为甲烷，还原气体为氢气，保护气为氩气；烧结温度为500～630℃；气体碳源在催化剂作用下生长出碳管，得到原位生长的碳纳米管增强铝基复合粉末；制备碳纳米管/铝块体复合材料。该方法工艺简单，成本低廉，制备出的碳纳米管增强铝基复合材料，其综合力学性能优于传统外加法添加碳纳米管的方法。CN106555071ACN106555071A权利要求书1/1页1.一种在铝粉表面原位催化气态碳源制备碳纳米管/铝复合材料的方法，包括下列步骤：(1)制备前驱体粉末以六水合硝酸镍为催化剂、无水乙醇为分散剂、纯铝粉为金属原料，按照催化剂：金属粉末：无水乙醇＝1g：15g：(50-100)ml的配比，将催化剂和金属粉末注入无水乙醇中配制成均匀分散的混合溶液；随后将溶液在水浴锅中加热搅拌至乙醇蒸干得到前驱体粉末粉末；(2)原位合成碳纳米管/铝复合材料将步骤(1)制得的前驱体粉末置于立式炉中原位合成碳纳米管/铝复合材料：通入碳源气体为甲烷，还原气体为氢气，保护气为氩气；烧结温度为500～630℃，还原时间为0.5～1.5h；气体碳源在催化剂作用下生长出碳管，得到原位生长的碳纳米管增强铝基复合粉末；(3)制备碳纳米管/铝块体复合材料将步骤(2)中获得的复合粉末经过机械球磨工艺后冷压烧结后热挤压成型制备块体材料。2.根据权利要求1所述的在铝粉表面原位催化气态碳源制备碳纳米管/铝复合材料的方法，其特征在于，步骤1)水浴加热温度为90℃，搅拌时间为3小时。3.根据权利要求1所述的在铝粉表面原位催化气态碳源制备碳纳米管/铝复合材料的方法，其特征在于，步骤2)气体流量控制范围为氩气100～300ml/min；氢气50～200ml/min；甲烷20～50ml/min。4.根据权利要求1所述的在铝粉表面原位催化气态碳源制备碳纳米管/铝复合材料的方法，其特征在于，步骤3)在球磨过程中，参数为200～500转/分，球磨0.5～8h；在冷压成型和热挤压过程中，冷压压力为400～500MPa，保压时间为3～5min；热挤压过程中，温度为400～550℃，压力为500～600MPa。2CN106555071A说明书1/4页在铝粉表面原位催化气态碳源制备碳纳米管/铝复合材料的方法技术领域[0001]本发明涉及到一种利用粉末冶金原位合成碳纳米管/铝复合材料的方法，属于粉末冶金技术领域。背景技术[0002]铝及其合金是地壳中含量最高的金属类物质，是工业应用中仅次于钢铁的第二大类金属材料。铝的密度低，只有2.7g/cm3、导电导热性能好、阻尼减震性能好，广泛的应用在汽车轮毂、航空航天支构架、机械电子及某些民用领域。但是，纯铝的强度较低，在某些高强度要求的领域未能达到预期效果。同时，在后期的加工过程中，铝材还需保持一定的变形能力。因此，如何提高铝材的强度并保持一定的塑韧性成为当前研究的焦点。近几十年来，多数研究人员都是在铝基体中添加不同种类的合金元素经过熔炼铸造的工艺制备各种型材。然而，这些合金元素在添加过程中含量的调控并不精确，部分元素难以添加且成本昂贵。此外，合金元素的添加导致材料后期性能分析方面存在很多问题。近十几年来，人们又尝试在金属基体中添加某些增强相来提高复合材料的性能。但是，这些传统的方法总以牺牲原始材料某些性能为基础，而通过原位气相沉积的方法制备成的铝基复合材料能够最大程度的克服这一缺点。根据复合材料设计法则(δc＝(1-f)δm+fδp)，增强相的加入在实现强化效果的同时，还可以避免基体材料的不足之处，从而获得轻质高强的铝材。[0003]碳纳米管自上世纪九十年代被发现以来，受到业内人士的广泛关注并展开大量研究，现在已经初具规模。近十几年来，以碳纳米管为增强体制备的碳纳米管增强铝基复合材料的研究逐年增加并迅速