以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料及其制备方法.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CN108994301A(43)申请公布日2018.12.14(21)申请号201810720266.1B22F3/10(2006.01)(22)申请日2018.07.03C22C21/00(2006.01)C22C19/03(2006.01)(71)申请人中国科学院金属研究所C22C19/07(2006.01)地址110016辽宁省沈阳市沈河区文化路C22C38/00(2006.01)72号C22C1/05(2006.01)(72)发明人刘增乾张健谈国旗张哲峰C22C33/02(2006.01)(74)专利代理机构沈阳优普达知识产权代理事务所(特殊普通合伙)21234代理人张志伟(51)Int.Cl.B22F3/22(2006.01)B22F1/00(2006.01)B22F3/18(2006.01)B22F3/20(2006.01)B22F3/14(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图2页(54)发明名称以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料及其制备方法(57)摘要本发明涉及仿生复合材料领域，具体为一种以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料及其制备方法。该复合材料由纳米碳材料和金属组成，以体积百分数计，纳米碳材料含量为0.5％～40％，其余为金属；所述的复合材料微观上具有仿生定向结构，表现为纳米碳材料以片层形式在金属基体中定向排列。本发明通过采用浆料配制、冷冻铸造、真空冷冻干燥、去有机质和致密化处理的工艺流程制备以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料。本发明的复合材料具有轻质、高强、耐磨等优异性能，同时保留基体金属的电磁屏蔽、导电、导热等功能特性，并且其组织结构和性能可以通过调整制备工艺进行有效控制，因此作为吸波材料、结构材料等具有可观的应用前景。CN108994301ACN108994301A权利要求书1/2页1.一种以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料，其特征在于，该复合材料由纳米碳材料和金属组成，以体积百分数计，纳米碳材料含量为0.5％～40％，其余为金属；所述的复合材料微观上具有仿生定向结构，表现为纳米碳材料以片层形式在金属基体中定向排列，其片层间距为2nm～50μm。2.根据权利要求1所述的以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料，其特征在于，所述的纳米碳材料为石墨烯、碳纳米管或两者的组合，所述的金属为铝、镍、钴、铁金属单质或以上述金属为基体的合金。3.根据权利要求1所述的以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料，其特征在于，所述的金属基体为铝或铝基合金时，复合材料的抗拉强度为150～950MPa，硬度为0.5～2.5GPa；所述的金属基体为镍或镍基合金时，复合材料的硬度为1.1～5.9GPa，2mm厚的复合材料在100MHz～1.5GHz频率范围的电磁屏蔽效能为25～85dB；所述的金属基体为钴或钴基合金时，复合材料的硬度为1.4～6.2GPa；所述的金属基体为铁或铁基合金时，复合材料的硬度为0.9～5.7GPa。4.一种权利要求1～3之一所述的以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料的制备方法，其特征在于，该方法用于制备具有微观定向结构的以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料，实现纳米碳材料以片层形式在金属基体中的均匀分布和定向排列，该方法的具体步骤如下：(A)将纳米碳材料粉体、金属粉体和添加剂均匀分散于水中，制备得到含有纳米碳材料和金属粉体的水基浆料；(B)利用冷冻铸造工艺处理浆料使其中的纳米碳材料和金属粉体沿冰晶生长方向定向排列，对凝固的浆料脱模后进行真空冷冻干燥处理去除其含有的水分，得到具有微观定向的片层结构的多孔坯体；(C)在真空或保护气氛中，采用高温处理去除坯体中含有的有机质，然后对坯体进行致密化处理得到具有微观定向结构的以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料。5.根据权利要求4所述的以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料的制备方法，其特征在于，所述的添加剂包括有机粘结剂和分散剂，该有机粘结剂是羟丙基甲基纤维素、聚乙烯醇、聚乙二醇、蔗糖或瓜尔胶中的一种或一种以上，有机粘结剂的添加量为去离子水质量的0.5～15％，该分散剂是聚丙烯酸、聚乙烯亚胺、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠或DarvanCN中的一种或一种以上，分散剂的添加量为金属粉体质量的0～12％。6.根据权利要求4所述的以纳米碳材料增强的金属基仿生复合材料的制备方法，其特征在于，所述的纳米碳材料粉体、金属粉体和添加剂在水中的分散工艺是超声、搅拌、球磨或任意几种的结合，金属粉体、纳米碳材料粉体、添加剂和水的质量比例范围为1：(0.0005～0.15)：(0.001～0.5)：(0.15～8)；其中：超声功率为50～1000W，超声时间大于0.5h；搅拌速度为10～500rpm，搅拌时间大