一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属复合材料领域，具体是指一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备 方法。
【背景技术】
[0002] 金属基复合材料有着传统金属材料的优良性能，添加增强相后可以克服传统金属 材料的性能局限性。铝基复合材料有着质量轻，强度高，耐磨耐腐蚀，导电导热性好和热膨 胀系数低等优点，广泛地应用在航天航空，汽车制造，电子仪器等工业领域。碳纳米管作为 铝基复合材料的一种常见增强相，如何利用碳纳米管高性能的铝基复合材料成为今年来国 内外研究的热点。
[0003] 碳纳米管在铝基体中的分散性是影响复合材料性能的重要因素之一。传统工艺在 制备碳纳米管增强铝基复合材料过程中，一般采用球磨的方法，虽然能够使碳纳米管在铝 基体中良好的分散，但一定程度上对碳纳米管造成损坏，影响复合材料的性能。如何制备分 散性良好，并能让碳纳米管结构完整以充分利用碳纳米管优良性能的铝基复合材料是目前 需要解决的主要问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是根据上述不足提供一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法， 该方法工艺简单，利于批量化生产，而且制得的铝基复合材料性能优秀。
[0005] 本发明是通过以下方式实现的：一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，其 步骤包括：
[0006] (1)将碳纳米管分散在惰性有机溶剂中得到质量浓度为0.1-10%的碳纳米管分 散液；
[0007] (2)将泡沫铝浸泡在步骤（1)中所述的碳纳米管分散液中，使碳纳米管分散到泡 沫错内；
[0008] (3)将步骤（2)所述含有碳纳米管的泡沫铝干燥后得到碳纳米管-泡沫铝复合 体；
[0009] (4)将步骤（3)所述碳纳米管-泡沫铝复合体热压烧结，然后经模具热挤成型后得 到所述碳纳米管增强铝基复合材料。
[0010] 优选的，所述步骤（1)中惰性有机溶剂为乙醇、乙二醇、丙三醇、异丙醇、丁醇、丙 酮、丁酮、环己烧、庚烧、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯、N甲基吡咯烷酮中的至少一种。
[0011] 优选的，所述步骤（1)中还加入了分散剂，所述分散剂与碳纳米管的重量比为 0. 1-5:1，所述分散剂为纤维素、甲基纤维素、羟甲基纤维素、聚丙烯酸、聚乙烯基吡咯烷酮、 聚山梨酯、聚乙二醇、聚丙二醇、烷醇酰胺中的至少一种。优选的，先将碳纳米管与分散剂混 合，再采用球磨、超声、研磨或高速剪切的分散方式将碳纳米管分散到惰性有机溶剂中。
[0012] 优选的，所述步骤（1)中的碳纳米管直径为0? 4-150nm，长度为200nm-lmm。
[0013] 优选的，所述步骤（2)的泡沫铝是先在酸性溶液中洗去表层的氧化层进行过活化 处理的泡沫铝。所述酸性溶液可以为盐酸、醋酸、硝酸、硫酸或磷酸的任意一种。
[0014] 优选的，所述步骤（3)中的干燥是在100-200°c下进行的烘干。
[0015] 优选的，所述步骤（4)中的热压烧结，温度为450-620°C，压力为10-1000MPa，热压 烧结时间为〇. 5-2小时。
[0016] 优选的，所述步骤（4)中的热挤成型，挤压比为4-25:1，挤压温度450-620°C，挤压 压力 100-1000Mpa。
[0017] 优选的，所述碳纳米管增强铝基复合材料中碳纳米管的重量占泡沫铝重量的 0? 5-5%〇
[0018] 本发明先将碳纳米管在有机溶剂中分散均匀，有利于碳纳米管在泡沫铝中均匀分 布。然后利用泡沫铝的连通孔，使碳纳米管分散液通过进入泡沫铝连通孔内可以分散在泡 沫铝中。由于泡沫铝连通孔比较均匀，因此碳纳米管分散在泡沫铝中也很均匀。同时，本 发明的制备方法避免了传统的球磨工艺对碳纳米管造成的破坏，保留了原有碳纳米管的性 能，而且还大大简化了工艺步骤。另外，热压烧结的过程保证了材料的致密，在其过程中通 过控制热压参数，可以实现对复合材料组织结构及界面特性的调控。最后再通过大塑性变 形热挤制备出来所述碳纳米管增强铝基复合材料，使所得的铝基复合材料的性能得到提 高。本发明制备方法成本较低、操作方便、制备周期较短，适用于工业化批量生产，具有很强 的实用性。
【具体实施方式】
[0019] 实施例1
[0020] -种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0021] (1)将l.〇g碳纳米管（碳纳米管的直径为1〇腹，长度为200腹，由成都有机所提 供）和2g的分散剂纤维素混合，然后加入至97g乙醇中，利用超声分散1个小时，得到碳纳 米管分散液（碳纳米管在碳纳米管分散液含量为I. )。
[0022] (2)将20g连通孔泡沫铝放在5.Owt%的稀盐酸中清洗去除氧化层后烘干。将活 化处理后的连通孔泡沫铝浸泡在碳纳米管分散液中，浸泡2小时后取出。
[0023] (3)将含有碳纳米管的泡沫铝在真空烘箱中烘干得到碳纳米管-泡沫铝复合体， 真空烘箱中真空度为0. 05mbar，烘干温度为100度。
[0024] (4)将碳纳米管-泡沫铝复合体置于电炉中预热至580°C，在压力为700MPa下进 行热压烧结lh。然后将热压烧结后的碳纳米管-泡沫铝复合体在580°C、700MPa下，以25 : 1的热挤比进行热挤，得到所述碳纳米管增强铝基复合材料1。所述碳纳米管增强铝基复合 材料1中碳纳米管的重量占泡沫铝重量的1%。
[0025] 实施例2
[0026] -种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0027] (1)将2.Og碳纳米管（碳纳米管的直径为10nm，长度为500nm)和0? 8g的分散 剂聚乙二醇混合，然后加入至97. 2g丙酮中，利用超声分散1个小时，得到碳纳米管分散液 (碳纳米管在碳纳米管分散液含量为2.Owt% )。
[0028](2)将20g连通孔泡沫铝放在5.Owt%的稀盐酸中清洗去除氧化层后烘干。将活 化处理后的连通孔泡沫铝浸泡在碳纳米管分散液中，浸泡2小时后取出。
[0029] (3)将含有碳纳米管的泡沫铝在真空烘箱中烘干得到碳纳米管-泡沫铝复合体， 真空烘箱中真空度为0. 05mbar，烘干温度为150度。
[0030] (4)将碳纳米管-泡沫铝复合体置于电炉中预热至580°C，在压力为700MPa下进 行热压烧结2h。然后将热压烧结后的碳纳米管-泡沫铝复合体在580°C、700MPa下，以25 : 1的热挤比进行热挤，得到所述碳纳米管增强铝基复合材料2。所述碳纳米管增强铝基复合 材料2中碳纳米管的重量占泡沫铝重量的1. 5%。
[0031] 实施例3
[0032] -种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0033] (1)将3.Og碳纳米管（碳纳米管的直径为100nm，长度为Imm)和0? 8g的分散剂 聚山梨酯混合，然后加入至96. 2g环己烷中，利用超声分散1个小时，得到碳纳米管分散液 (碳纳米管在碳纳米管分散液含量为3.Owt% )。
[0034] (2)将20g连通孔泡沫铝放在5.Owt%的稀盐酸中清洗去除氧化层后烘干。将活 化处理后的连通孔泡沫铝浸泡在碳纳米管分散液中，浸泡2小时后取出。
[0035] (3)将含有碳纳米管的泡沫铝在真空烘箱中烘干得到碳纳米管-泡沫铝复合体， 真空烘箱中真空度为0. 05mbar，烘干温度为200度。
[0036] (4)将碳纳米管-泡沫铝复合体置于电炉中预热至450°C，在压力为1000 MPa下进 行热压烧结lh。然后将热压烧结后的碳纳米管-泡沫铝复合体在650°C、1000 MPa下，以25 : 1的热挤比进行热挤，得到所述碳纳米管增强铝基复合材料3。所述碳纳米管增强铝基复合 材料3中碳纳米管的重量占泡沫铝重量的2%。
[0037] 实施例4
[0038] -种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
[0039] (1)将4.Og碳纳米管（碳纳米管的直径为150nm，长度为500nm)和0? 8g的分散 剂聚乙烯基吡咯烷酮混合，然后加入至95. 2g甲苯中，利用超声分散1个小时，得到碳纳米 管分散液（碳纳米管在碳纳米管分散液含量为3.Owt% )。
[0040] (2)将20g连通孔泡沫铝放在5.Owt%的稀盐酸中清洗去除氧化层后烘干。将活 化处理后的连通孔泡沫铝浸泡在碳纳米管分散液中，浸泡2小时后取出。
[0041] (3)将含有碳纳米管的泡沫铝在真空烘箱中烘干得到碳纳米管-泡沫铝复合体， 真空烘箱中真空度为0. 05mbar，烘干温度为100度。
[0042] (4)将碳纳米管-泡沫铝复合体置于电炉中预热至620°C，在压力为IOOMPa下进 行热压烧结lh。然后将热压烧结后的碳纳米管-泡沫铝复合体在450°C、IOOMPa下，以25 : 1的热挤比进行热挤，得到所述碳纳米管增强铝基复合材料4。所述碳