专利名称：：一种金属基三维网状碳纤维复合材料及其制造方法
技术领域：
：本发明提供一种金属基三维网状碳纤维复合材料及其制造方法，尤其是指本发明所提供的是一种具有极高强度的金属基碳纤维复合材料及其制造方法。
背景技术：
：使用传统铸造法制作金属基复合材料时，为了便于将其浸渍在熔融金属中，一般会采用事先将纤维或粒子等增强材料制作成预成型体的技术方法。另外，当强化纤维与烧结金属是浸润性较差的组合时(在强化纤维里选用碳、在烧结金属里选用铝时)，一般会采用在预成型体中注入熔融金属后加压复合的技术方法，即所谓熔融金属锻造法。大家都知道，这种熔融金属锻造法可以在短时间内使熔融金属迅速得以凝固，且合金组织精细，可以制作无铸造槽的铸造物，比较适合于批量生产。在用于预成型体制造的碳纤维结构体上选用一种低结晶度物质，通过在碳纤维结构体表面附近设置与烧结金属的反应相，找出能够达成上述目的的条件和方法，最终得以完成本发明。
发明内容本发明目的是为了进一步提高金属基碳纤维复合材料的机械、导热及热膨胀等性能，而提供一种金属基三维网状碳纤维复合材料及其制造方法。为实现上述目的，本发明给出的金属基三维网状碳纤维复合材料是对金属和碳纤维进行烧结而得到的金属基碳纤维复合材料，其特点是，此处的碳纤维为三维网状碳纤维结构体，以复合材料的总重量为基准，三维网状碳纤维结构体的重量百分比为40_60%，烧结金属的重量百分比为60-40%。在上述金属基三维网状碳纤维复合材料中，所述三维网状碳纤维结构体由多层碳纳米管构成，这些碳纳米管的粒状部在碳纤维生长过程中形成，以多条延伸出来的方式相互连接成为网状结构。所述多层碳纳米管的管长横断面最大直径为15100nm。在上述金属基三维网状碳纤维复合材料中，所述三维网状碳纤维结构体的面积基准圆等效平均直径为50100pm，容积密度为0.00010.05g/cm3。在上述金属基三维网状碳纤维复合材料中，所述烧结金属作为主要的合金元素，是一种至少含有一种选自硅、镁、铜以及镍等组合中的铝合金。为实现本发明目的，还给出了一种金属基三维网状碳纤维复合材料的制造方法，其步骤如下(1)将在生长过程中形成的粒状部以多条延伸出来的方式相互连接的多层碳纳米管构成的三维网络状碳纤维结构体、粘结剂以及分散剂按照体积比20-80%:10-30%:100%进行混合，搅拌2-30分钟，从而形成悬浮液；(2)在50-12(TC干燥该悬浮液1-6小时，从而形成混合物；(3)将该混合物压縮成型，从而形成压縮成型体；(4)在120-20(TC将该压縮成型体做硬化处理10-60分钟，从而形成硬化压縮成型体；(5)将使用拉曼光谱分析法测定的ID/IG在0.21.2含碳纤维结构体的硬化压縮成型体在800150(TC的高温下进行烧结10-60分钟，从而形成含有碳纤维结构体的预成型体；(6)将熔化的烧结金属浸渍在含有碳纤维结构体的预成型体中，固化后形成金属基碳纤维复合材料。所述的烧结金属作为主要的合金元素，是一种至少含有一种选自硅、镁、铜以及镍等组合中的铝合金。所述的多层碳纳米管的管长横断面最大直径为15100nm。所述的碳纤维结构体的面积基准圆等效平均直径为50100pm，容积密度为0.00010.05g/cm3。本发明的有益效果是，提高了金属基碳纤维复合材料的机械性能，导热性能和热膨胀性能，是机械结构优良的热传导材料。此外，本发明给出的金属基三维网状碳纤维复合材料制造方法工艺简单，所制造产品的性能稳定。具体实施方式实施例一首先准备碳纤维结构体(多层碳纳米管长向轴横断面的平均直径50nm、使用拉曼光谱分析法测定的ID/IG:0.85)和作为粘合剂的苯酚树脂以及作为分散剂的甲醇。其次在甲醇中，对于要获取的碳纤维结构体预成型体的全部体积中，添加碳纤维结构体30体积％、苯酚树脂15体积％，然后搅拌约5分钟，形成悬浮液。其次将所形成的悬浮液放入干燥炉中，在大气中、通过7(TC的温度进行1个小时的干燥，形成混合物。其次，将所得到的混合物用内径为40mm的成型模，形成直径40mm、厚6mm的压縮成型体。其次是将所得的压縮成形体放入干燥炉中，在大气中，通过的15(TC高温经过10分钟的热处理，对苯酚树脂进行硬化处理形成硬化压縮成形体。再将硬化压縮成形体放入烧结炉里，在Ar(氩气)中、通过900°C的高温经过20分钟烧结形成碳纤维结构体预成型体。将形成的碳纤维结构体预成型体加热(预热温度70(TC)后，用作为烧结金属的Al金属单体(用JIS-H4000规定的A1050P)通过熔融金属锻造(浇铸温度70075(TC、压力80lOOMPa)形成本例中的金属基三维网状碳纤维复合材料(铸锭)。实施例二将使用拉曼光谱分析法测定的ID/IG为0.5以外的碳纤维结构体，重复与实施例1同样的操作，可形成本例中的金属基碳纤维复合材料(铸锭)。实施例三首先准备拉曼光谱分析法测定的ID/IG为0.5以外的碳纤维结构体和作为粘合剂的环氧树脂以及作为分散剂的甲醇。其次在甲醇中，对于要获取的碳纤维结构体预成型体的全部体积中，添加碳纤维结构体40体积％、环氧树脂10体积％，然后搅拌约5分钟，形成悬浮液。其次将所形成的悬浮液放入干燥炉中，在大气中、通过8(TC的温度进行1个小时的干燥，形成混合物。其次，将所得到的混合物用内径为40mm的成型模，形成直径40mm、厚6mm的压縮成型体。其次是将所得的压縮成形体放入干燥炉中，在大气中、通过的16(TC高温经过30分钟的热处理，对环氧树脂进行硬化处理形成硬化压縮成形体。再将硬化压縮成形体放入烧结炉里，在N2中、通过IOO(TC的高温经过30分钟烧结形成碳纤维结构体预成型体。将形成的碳纤维结构体预成型体加热(预热温度70(TC)后，用作为烧结金属的Al金属单体(用JIS-H4000规定的A1050P)通过熔融金属锻造(浇铸温度700750°C、压力80100Mpa)形成本例中的金属基纤维复合材料(铸锭)。从上述各实施例子中的铸锭中切出实验片，进行抗弯实验。实验装置是Instron公司制造的数字静态材料试验机5867型；实验速度为0.lmm/min;实验温度为室温(23°C);实验片形状为36X4X3(mm)。实验所得到的结果记载在表1中。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>表1中，"抗弯强度"是指用实验片截面积除以在抗弯实验结果中的最大负荷值计算出的应力值。"杨氏模量"是从抗弯实验结果(应力一应变图)中计算出来的。权利要求一种金属基三维网状碳纤维复合材料，该金属基碳纤维复合材料是对金属和碳纤维进行烧结而得到的金属基碳纤维复合材料，其特征在于所述碳纤维为三维网状碳纤维结构体，以上述复合材料的总重量为基准，三维网状碳纤维结构体的重量百分比为40-60％，烧结金属的重量百分比为60-40％。2.根据权利要求1所述的一种金属基三维网状碳纤维复合材料，其特征在于所述三维网状碳纤维结构体由多层碳纳米管构成，这些碳纳米管的粒状部在碳纤维生长过程中形成，以多条延伸出来的方式相互连接成为网状结构。3.根据权利要求2所述的一种金属基三维网状碳纤维复合材料，其特征在于多层碳纳米管的管长横断面最大直径为15100nm。4.根据权利要求1所述的一种金属基三维网状碳纤维复合材料，其特征在于所述三维网状碳纤维结构体的面积基准圆等效平均直径为50100pm，容积密度为0.00010.05g/cm3。5.根据权利要求1所述的一种金属基三维网状碳纤维复合材料，其特征在于所述烧结金属作为主要的合金元素，是一种至少含有一种选自硅、镁、铜以及镍等组合中的铝合金。6.—种金属基三维网状碳纤维复合材料制造方法，该方法包括以下步骤条件(1)将在生长过程中形成的粒状部以多条延伸出来的方式相互连接的多层碳纳米管构成的三维网络状碳纤维结构体、粘结剂以及分散剂按照体积比20-80%:10-30%:ioo%进行混合，搅拌2-30分钟，从而形成悬浮液；(2)在50-12(TC干燥该悬浮液1-6小时，从而形成混合物；(3)将该混合物压縮成型，从而形成压縮成型体；(4)在120-20(TC将该压縮成型体做硬化处理10-60分钟，从而形成硬化压縮成型体；(5)将使用拉曼光谱分析法测定的ID/IG在0.21.2含碳纤维结构体的硬化压縮成型体在800150(TC的高温下进行烧结10-60分钟，从而形成含有碳纤维结构体的预成型体；(6)将熔化的烧结金属浸渍在含有碳纤维结构体的预成型体中，固化后形成金属基碳纤维复合材料。全文摘要本发明涉及一种金属基三维网状碳纤维复合材料及其制造方法，该复合材料中碳纤维为三维网状碳纤维结构体，该三维网状碳纤维结构体是由多层碳纳米管构成，以复合材料总重量为基准，三维网状碳纤维结构体为40-60％，烧结金属为60-40％。本发明给出的制造方法(1)将三维网络状碳纤维结构体、粘结剂以及分散剂按比例混合并搅拌，形成悬浮液；(2)干燥该悬浮液形成混合物；(3)将该混合物压缩成型；(4)对压缩成型体做硬化处理；(5)高温烧结，形成含有碳纤维结构体的预成型体；(6)将熔化的烧结金属浸渍在含有碳纤维结构体的预成型体中，固化即形成机械、导热、热膨胀性能均优异的金属基碳纤维复合材料。文档编号C22C49/06GK101713056SQ20091024979公开日2010年5月26日申请日期2009年12月8日优先权日2009年12月8日发明者耿世达申请人:耿世达