本发明属于纳米复合材料技术领域。具体涉及一种al4o4c晶须/碳纳米管复合材料的合成方法。
背景技术：
碳作为含碳耐火材料的主要成分，为含碳耐火材料提供了许多所需的性能。如今，由于清洁钢铁生产的严格要求和低碳经济性，含碳耐火材料的研究集中在降低碳含量。但是，单纯降低碳复合耐火材料中的碳含量，会增加材料的弹性模量，降低热导率，从而使材料的抗热震性变差；再者，碳含量的降低会增加钢液及熔渣与耐火材料的润湿性，从而降低了材料的抗渣渗透性。面对碳复合耐火材料存在的问题，同时针对钢铁冶炼还依赖碳复合耐火材料的实际情况，许多学者采用不同技术路线和方法改进碳复合耐火材料。其中特别注意对微米和纳米纤维增强低碳耐火材料的研究，如si3n4、sic和aln。然而，这些常见的陶瓷纤维具有几个缺点：由于aln耐水合性差，会导致陶瓷复合材料的崩解；sic和si3n4容易氧化，影响陶瓷复合材料在高温下的耐腐蚀性和物理性能。
在al-c-o三元碳化物体系中，al4o4c由于其低密度(2.684g/cm3)、高稳定温度(1890℃)、良好的抗氧化性能和优异抗水化性能等特性而越来越受到关注。al4o4c不仅是耐火材料和陶瓷材料的优良抗氧化剂和增强相，最重要的是，在co气氛下处理铝氧碳化物块体或铝氧碳化物纤维时形成的al2o3块或al2o3纤维，进一步提高含碳耐火材料的性能。
目前李宇宝等人用管状氧化铝制备al4o4c晶须(y.b.li,y.bando,d.golberg,single-crystallineα-al2o3nanotubesconvertedfromal4o4cnanowires[j].adv.mater.200517(11)1401-1405.)，公开了利用管状氧化铝坩埚在真空气氛下通过碳管炉中热处理制备al4o4c晶须，但是真空燃烧合成法对反应设备要求高，难以进行大规模工业化生产。碳纳米管的制备方法目前有三种，主要是电弧放电、催化热解和化学气相沉积法。电弧放电法存在产率低和成本高的缺点；催化热解法合成过程需要催化剂，而且生成碳纳米管受催化剂的影响严重，难以人为调控；化学气相沉积法合成过程中碳纳米管产物易黏结在催化剂上，进一步影响到碳纳米管产物的结构和聚集状态。
除了引入单一的增强材料，陶瓷基体复合材料中多种增强材料的综合作用在其他地方被突出显现。然而，复合增强材料通常在加入到陶瓷基复合材料中之前分别制备。因此，必须克服的主要缺点是不同增强材料之间的界面反应。
技术实现要素：
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单和晶须尺寸可控的al4o4c晶须/碳纳米管复合材料的合成方法，所合成的al4o4c晶须/碳纳米管复合材料生长在al4sic4基体表面。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将al4sic4基体装入坩埚内，再将所述坩埚置于管式刚玉炉中，在氩气气氛和1000～1800℃条件下保温30～600min，冷却至室温，制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料；所述al4o4c晶须/碳纳米管复合材料生长在所述al4sic4基体表面。
所述al4sic4基体为al4sic4坯体和al4sic4粉体中的一种；
所述al4sic4坯体是在5～50mpa条件下将al4sic4粉体压制成型；
所述al4sic4粉体的al4sic4含量≥98.0wt％，粒度≤100μm。
所述氩气的纯度≥99.9％。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明采用al4sic4基体合成al4o4c晶须/碳纳米管复合材料，al4o4c晶须/碳纳米管复合材料在生长过程中不需要催化剂、不需要模板和不需要载体，所合成的al4o4c晶须/碳纳米管复合材料生长在所述al4sic4基体表面。al4o4c晶须/碳纳米管复合材料可在较低温度和较短保温时间下生成，工艺简单、al4o4c晶须/碳纳米管复合材料尺寸可控，有利于al4o4c晶须/碳纳米管复合材料的工业化生产及推广应用。
本发明在al4sic4基体基体表面制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料：al4o4c晶须直径为200nm～5μm；al4o4c晶须长度为20μm～10mm；碳纳米管晶须长度为500nm～6μm；随温度提高，al4o4c晶须/碳纳米管复合材料尺寸则逐步提高。
因此，本发明不需要添加催化剂，工艺简单；所制备的al4o4c晶须/碳纳米管复合材料生长在所述al4sic4基体表面，尺寸可控。
附图说明
图1是本发明合成的一种al4o4c晶须/碳纳米管复合材料的sem图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。
本具体实施方式中：
所述al4sic4坯体是在5～50mpa条件下将al4sic4粉体压制成型。
所述al4sic4粉体的al4sic4含量≥98.0wt％，粒度≤100μm。
所述氩气的纯度≥99.9％。
实施例中不再赘述。
实施例1
一种al4o4c晶须/碳纳米管复合材料的合成方法。本实施例所述合成方法是：
将al4sic4基体装入坩埚内，再将所述坩埚置于管式刚玉炉中，在氩气气氛和1000～1400℃条件下保温200～400min，冷却至室温，制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料；所述al4o4c晶须/碳纳米管复合材料生长在所述al4sic4基体表面。
所述al4sic4基体为al4sic4粉体。
本实施例在al4sic4基体基体表面制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料：al4o4c晶须直径为200nm～1μm；al4o4c晶须长度为20μm～200μm；碳纳米管晶须长度为200nm～1μm；随温度提高，al4o4c晶须/碳纳米管复合材料尺寸则逐步提高。
实施例2
一种al4o4c晶须/碳纳米管复合材料的合成方法。本实施例所述合成方法是：
将al4sic4基体装入坩埚内，再将所述坩埚置于管式刚玉炉中，在氩气气氛和1200～1600℃条件下保温60～200min，冷却至室温，制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料；所述al4o4c晶须/碳纳米管复合材料生长在所述al4sic4基体表面。
所述al4sic4基体为al4sic4坯体。
本实施例在al4sic4基体基体表面制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料：al4o4c晶须直径为800nm～2μm；al4o4c晶须长度为20μm～900μm；碳纳米管晶须长度为500nm～1μm；随温度提高，al4o4c晶须/碳纳米管复合材料尺寸则逐步提高。
实施例3
一种al4o4c晶须/碳纳米管复合材料的合成方法。本实施例所述合成方法是：
将al4sic4基体装入坩埚内，再将所述坩埚置于管式刚玉炉中，在氩气气氛和1400～1800℃条件下保温30～100min，冷却至室温，制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料；所述al4o4c晶须/碳纳米管复合材料生长在所述al4sic4基体表面。
所述al4sic4基体为al4sic4粉体。
本实施例在al4sic4基体基体表面制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料：al4o4c晶须直径为800nm～4μm；al4o4c晶须长度为1mm～10mm；碳纳米管晶须长度为800nm～2μm；随温度提高，al4o4c晶须/碳纳米管复合材料尺寸则逐步提高。
实施例4
一种al4o4c晶须/碳纳米管复合材料的合成方法。本实施例所述合成方法是：
将al4sic4基体装入坩埚内，再将所述坩埚置于管式刚玉炉中，在氩气气氛和1000～1400℃条件下保温400～600min，冷却至室温，制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料；所述al4o4c晶须/碳纳米管复合材料生长在所述al4sic4基体表面。
所述al4sic4基体为al4sic4坯体。
本实施例在al4sic4基体基体表面制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料：al4o4c晶须直径为700nm～2μm；al4o4c晶须长度为50μm～5mm；碳纳米管晶须长度为600nm～3μm；随温度提高，al4o4c晶须/碳纳米管复合材料尺寸则逐步提高。
实施例5
一种al4o4c晶须/碳纳米管复合材料的合成方法。本实施例所述合成方法是：
将al4sic4基体装入坩埚内，再将所述坩埚置于管式刚玉炉中，在氩气气氛和1200～1600℃条件下保温300～500min，冷却至室温，制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料；所述al4o4c晶须/碳纳米管复合材料生长在所述al4sic4基体表面。
所述al4sic4基体为al4sic4粉体。
本实施例在al4sic4基体基体表面制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料：al4o4c晶须直径为0.8μm～5μm；al4o4c晶须长度为1mm～10mm；碳纳米管晶须长度为1μm～6μm；随温度提高，al4o4c晶须/碳纳米管复合材料尺寸则逐步提高。
实施例6
一种al4o4c晶须/碳纳米管复合材料的合成方法。本实施例所述合成方法是：
将al4sic4基体装入坩埚内，再将所述坩埚置于管式刚玉炉中，在氩气气氛和1400～1800℃条件下保温100～300min，冷却至室温，制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料；所述al4o4c晶须/碳纳米管复合材料生长在所述al4sic4基体表面。
所述al4sic4基体为al4sic4坯体。
本实施例在al4sic4基体基体表面制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料：al4o4c晶须直径为1μm～5μm；al4o4c晶须长度为3mm～10mm；碳纳米管晶须长度为2μm～6μm；随温度提高，al4o4c晶须/碳纳米管复合材料尺寸则逐步提高。
本具体实施方式与现有技术相比具有以下优点：
本具体实施方式采用al4sic4基体合成al4o4c晶须/碳纳米管复合材料，al4o4c晶须/碳纳米管复合材料在生长过程中不需要催化剂、不需要模板和不需要载体，所合成的al4o4c晶须/碳纳米管复合材料生长在所述al4sic4基体表面。al4o4c晶须/碳纳米管复合材料可在较低温度和较短保温时间下生成，工艺简单、al4o4c晶须/碳纳米管复合材料尺寸可控，有利于al4o4c晶须/碳纳米管复合材料的工业化生产及推广应用。
本具体实施方式在al4sic4基体基体表面制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料如图1所示，图1为实施例1制备的一种al4o4c晶须/碳纳米管复合材料sem图。从图1可以看出：所述al4o4c晶须/碳纳米管复合材料长在al4sic4基体表面；al4o4c晶须直径为200nm～1μm；长度为20～200μm；碳纳米管晶须长度为200nm～1μm。
本具体实施方式在al4sic4基体基体表面制得al4o4c晶须/碳纳米管复合材料：al4o4c晶须直径为200nm～5μm；al4o4c晶须长度为20μm～10mm；碳纳米管晶须长度为500nm～6μm；随温度提高，al4o4c晶须/碳纳米管复合材料尺寸则逐步提高。
因此，本具体实施方式不需要添加催化剂，工艺简单；所制备的al4o4c晶须/碳纳米管复合材料生长在所述al4sic4基体表面，尺寸可控。