CN105734460A - 碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法 - Google Patents
碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105734460A CN105734460A CN201410768106.6A CN201410768106A CN105734460A CN 105734460 A CN105734460 A CN 105734460A CN 201410768106 A CN201410768106 A CN 201410768106A CN 105734460 A CN105734460 A CN 105734460A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- composite material
- carbon nanotube
- aluminium
- based composite
- powder
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明公开了一种碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法，包括：将碳纳米管、铝粉或铝合金粉以及过程控制剂经过球磨制成复合粉体；将所述复合粉体封装于包套材料内，加热升温至指定温度后，轧制形成复合材料坯料；以及，剥离包套材料，获得目标产物。本发明采用连续粉末轧制工艺，避免传统粉末冶金工艺中的间歇操作的不足，可以实现碳纳米管增强铝基复合材料的连续成型，大大提高了生产效率，且产品致密性好，具有广阔的工业化应用前景。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法，属于纳米复合材料制备的技术领域。
背景技术
目前碳纳米管增强铝基复合材料制备方法有粉末冶金法、挤压铸造法和原位生成法等。公开号为CN101864547A的发明专利中利用粉末冶金法经过冷压、烧结和热挤制备出碳纳米管增强铝基复合材料，该工艺方法所制备出的复合材料会出现气孔、致密度低等缺陷，并且制备工艺繁琐、设备成本较高。公开号为CN101748349A的发明专利中利用挤压铸造法通过先制备的预制件，将熔融下的铝液浸渍预制件中，最后通过压实，该工艺由于高压凝固和塑性变形同时存在，制件无缩孔、缩松等缺陷，同时碳纳米管在基体中分布也不均匀，对复合材料的性能有很大的影响。公开号为CN101864547A的发明专利中利用原位生成法是结合碳纳米管制备工艺，在基体材料表面原位生长出碳纳米管，这种方法工艺流程较复杂，虽提高了碳纳米管的增强效果，而原位生成金属基体的方法不能直接应用于铝，引入合金元素限制了它的发展，同时这种方法不适应于工业上的大规模制备。因此，综上所述，寻求一种能制备出性能更好、生产效率更高产品的工艺方法是展示该复合材料产业化应用的重要的瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碳纳米管增强铝铝基复合材料的连续制备方法，其具有工艺简单，效率高，所获产品综合性能优良等特点，从而克服了现有技术中的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
一种碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法，包括：
将碳纳米管、铝粉或铝合金粉以及过程控制剂经过球磨制成复合粉体，
将所述复合粉体封装于包套材料内，加热升温至指定温度后，轧制形成复合材料坯料，
以及，剥离包套材料，获得目标产物。
优选的，所述复合粉体包含：碳纳米管0.1-10重量份、铝粉或铝合金粉90-99重量份、过程控制剂0.01-2重量份。
进一步的，所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的任意一种及两种以上的组合。
较为优选的，所述碳纳米管的管径为0.4纳米-150纳米。
进一步的，所述铝粉或铝合金粉至少可选自纯铝粉、铝-硅系、铝-镁系、铝-铜系、铝-锌系及稀土铝合金粉，但不限于此。
较为优选的，所述铝粉或铝合金粉的颗粒平均粒径为50纳米-100微米。
进一步的，所述过程控制剂至少可选自硬脂酸、硬脂酸锂、硬脂酸锌、石蜡、甲醇、乙醇、硅油、油酸、纤维素，但不限于此。
较为优选的，该制备方法中采用的球磨工艺条件包括：球料比为1/1-40/1，转速为100转/分钟-3500转/分钟，球磨时间为30分钟-6小时，且采用的球磨工艺至少选自行星式球磨、搅拌球磨工艺。
较为优选的，该制备方法中采用的加热温度为400℃-620℃，加热时间为30秒-6小时，加热方式包括电炉加热、激光局部加热或中频感应加热方式中的任意一种。
较为优选的，该制备方法中采用的轧制工艺条件包括：压力为10MPa-700MPa，下轧量为0.1毫米-5厘米。
进一步的，该连续制备方法还可包括：在剥离包套材料后，去除复合材料坯料的毛边，从而获得目标产物。
较为优选的，该连续制备方法还包括：将复合粉体连续输入包套材料内，连续加热升温至指定温度，再连续轧制形成复合材料坯料，之后剥离包套材料，获得目标产物。
较为优选的，该连续制备方法还包括：将带有包套材料的复合材料坯料反复加热轧制后，再剥离包套材料，获得目标产物，以适应实际需要，获得满意效果。
进一步的，所述包套材料优选采用金属包套材料，例如铜、铝、铁管状薄壁型材中的任意一种。
较之于现有技术，本发明至少具有如下有益效果：
（1）通过使用了粉末热轧工艺对碳纳米管增强铝基复合材料进行连续热轧，相对于传统的粉末冶金的工艺，粉末热轧避免了间歇性操作的不足，同时还可以使得碳纳米管增强铝基复合材料的连续成型且有较好的致密性；
（2）粉末热轧工艺的过程中，高温停留时间短，具有工艺高效、连续等特点，可以有效地控制铝基体和碳纳米管高温界面反应；
（3）粉末热轧工艺技术，解决了碳纳米管和铝颗粒间的维度不相容（1D-3D）、尺寸不相容（纳米尺度-微米尺度）和表面性质不相容（亲水性-疏水性）等因素。
附图说明
图1是本发明一典型实施方案之中一种碳纳米管增强铝基复合材料制备工艺流程图；
图2是本发明实施例1所获碳纳米管增强铝基复合材料断口的扫描电子显微镜照片；
图3是本发明实施例1-4所获碳纳米管增强铝基复合材料的力学性能图；
图4是本发明实施例1和5-7所获碳纳米管增强铝基复合材料的力学性能图；
图5是本发明实施例1和8-10所获碳纳米管增强铝基复合材料的力学性能图；
图6是本发明实施例1-4所获碳纳米管增强铝基复合材料的硬度数据图；
图7是本发明实施例1和5-7所获碳纳米管增强铝基复合材料的硬度数据图；
图8是本发明实施例1和8-10所获碳纳米管增强铝基复合材料的硬度数据图。
具体实施方式
如前所述，鉴于现有技术中的诸多缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，提出本发明的技术方案，其通过首先将碳纳米管、铝粉或铝合金粉和过程控制剂等经过球磨制备得到复合粉体，其中选用过程控制剂是防止碳纳米管、铝粉或铝合金粉在球磨过程中出现冷焊现象；随后将得到的复合粉体封装在金属包套内，再加热升温至指定温度后，经轧制制备得到复合材料坯料，随后剥离包套材料，去除毛边等，获得性能良好碳纳米管增强铝基复合材料。
以下结合附图及若干实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
实施例1参见图1，该种碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法包括：
步骤一、依次将平均粒径为20微米的纯铝粉、过程控制剂硬脂酸和质量百分比为1.5%、平均管径为40纳米的多壁碳纳米管三者进行混合，采用行星式球磨工艺，球料比为10/1，转速300转/分钟，球磨时间4小时，制得复合粉体；
步骤二、将制得的复合粉体封装在铜管状薄壁材料包套内，并在电炉中进行预热，预热温度550度，加热时间为2小时；
步骤三、在压力为300MPa，下轧量为2厘米，进行连续反复热轧，热轧结束后去除包套、毛边，最终获得碳纳米管增强铝基复合材料。其组织结构及其力学性能数据参见图2-8。
实施例2本实施例与实施例1的不同点在于，步骤一中碳纳米管的质量百分比为0.5%。
实施例3本实施例与实施例1的不同点在于，步骤一中碳纳米管的质量百分比为1.0%。
实施例4本实施例与实施例1的不同点在于，步骤一中碳纳米管的质量百分比为2.0%。
实施例5本实施例与实施例1的不同点在于，步骤一中球磨时间为3小时。
实施例6本实施例与实施例1的不同点在于，步骤一中球磨时间为5小时。
实施例7本实施例与实施例1的不同点在于，步骤一中球磨时间为6小时。
实施例8本实施例与实施例1的不同点在于，步骤二中预热温度为450度。
实施例9本实施例与实施例1的不同点在于，步骤二中预热温度为500度。
实施例10本实施例与实施例1的不同点在于，步骤二中预热温度为600度。
由实施例1-10工艺所制得碳纳米管增强铝基复合材料的力学性能、硬度数据等请参阅图3-8。
以上说明，及在图纸上所示的实施例，不可解析为限定本发明的设计思想。在本发明的技术领域里持有相同知识者可以将本发明的技术性思想以多样的形态改良变更，这样的改良及变更应理解为属于本发明的保护范围内。
Claims (12)
1.一种碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法，其特征在于包括：
将碳纳米管、铝粉或铝合金粉以及过程控制剂经过球磨制成复合粉体，
将所述复合粉体封装于包套材料内，加热升温至指定温度后，轧制形成复合材料坯料，
以及，剥离包套材料，获得目标产物。
2.根据权利要求1所述的碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法，其特征在于所述复合粉体包含：碳纳米管0.1-10重量份、铝粉或铝合金粉90-99重量份、过程控制剂0.01-2重量份。
3.根据权利要求1或2所述的碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法，其特征在于所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的任意一种及两种以上的组合，且所述碳纳米管的管径为0.4纳米-150纳米。
4.根据权利要求1或2所述的碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法，其特征在于所述铝粉或铝合金粉至少选自纯铝粉、铝-硅系、铝-镁系、铝-铜系、铝-锌系及稀土铝合金粉，且所述铝粉或铝合金粉的颗粒平均粒径为50纳米-100微米。
5.根据权利要求1或2所述的碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法，其特征在于所述过程控制剂至少选自硬脂酸、硬脂酸锂、硬脂酸锌、石蜡、甲醇、乙醇、硅油、油酸、纤维素。
6.根据权利要求1所述的碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法，其特征在于该制备方法中采用的球磨工艺条件包括：球料比为1/1-40/1，转速为100转/分钟-3500转/分钟，球磨时间为30分钟-6小时，且采用的球磨工艺至少选自行星式球磨、搅拌球磨工艺。
7.根据权利要求1所述的碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法，其特征在于该制备方法中采用的加热温度为400℃-620℃，加热时间为30秒-6小时，加热方式包括电炉加热、激光局部加热或中频感应加热方式中的任意一种。
8.根据权利要求1所述的碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法，其特征在于该制备方法中采用的轧制工艺条件包括：压力为10MPa-700MPa，下轧量为0.1毫米-5厘米。
9.根据权利要求1所述的碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法，其特征在于还包括：在剥离包套材料后，去除复合材料坯料的毛边，从而获得目标产物。
10.根据权利要求1所述的碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法，其特征在于包括：将复合粉体连续输入包套材料内，连续加热升温至指定温度，再连续轧制形成复合材料坯料，之后剥离包套材料，获得目标产物。
11.根据权利要求1所述的碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法，其特征在于包括：将带有包套材料的复合材料坯料反复加热轧制后，再剥离包套材料，获得目标产物。
12.根据权利要求1、10或11所述的碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法，其特征在于所述包套材料采用金属包套材料，所述金属包套材料包括铜、铝、铁管状薄壁型材中的任意一种。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410768106.6A CN105734460A (zh) | 2014-12-12 | 2014-12-12 | 碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410768106.6A CN105734460A (zh) | 2014-12-12 | 2014-12-12 | 碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105734460A true CN105734460A (zh) | 2016-07-06 |
Family
ID=56240799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410768106.6A Pending CN105734460A (zh) | 2014-12-12 | 2014-12-12 | 碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105734460A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109468480A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-03-15 | 太原理工大学 | 脉冲电场辅助的真空包套轧制制备金属基复合材料的方法 |
| CN111636006A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-08 | 香港生产力促进局 | 一种铝硅合金石墨复合导热材料及其制备与应用 |
| CN112342420A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-02-09 | 湘潭大学 | 一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法 |
-
2014
- 2014-12-12 CN CN201410768106.6A patent/CN105734460A/zh active Pending
Non-Patent Citations (16)
| Title |
|---|
| DONGMIN HONG ET.AL: "Fabrication and evaluation of 5vol%CNT/Al composite material by a powder in sheath rolling method", 《KOR.J.MATER.RES.》 * |
| S.J.YOO ET.AL: "Fabrication of carbon nanotube aluminum composite by high-ratio differential speed rolling", 《THE 18TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPOSITE MATERIALS》 * |
| SEONG-HEE LEE ET.AL: "Fabrication and evaluation of carbon nanotube reinforced Al matrix composite by a powder-in-sheath rolling method", 《J.KOR.POWD.MET.INST.》 * |
| SEONG-HEE LEE ET.AL: "Microstructure and mechanical propertiesof CNT/Al composite fabricated by a powder-in-sheath rolling method utilizing copper tube as a sheath", 《J.KOR.POWD.MET.INST.》 * |
| 丁志鹏等: "碳纳米管/铝基复合材料的制备及摩擦性能研究", 《浙江大学学报》 * |
| 倪星元等: "《纳米材料制备技术》", 31 January 2008, 化学工业出版社 * |
| 姚辉等: "碳纳米管增强铝基复合材料的制备及其力学性能表征", 《材料导报B：研究篇》 * |
| 张玉龙等: "《实用轻金属材料手册》", 30 June 2006, 化学工业出版社 * |
| 樊自田等: "《铸造质量控制应用技术》", 30 April 2009, 机械工业出版社 * |
| 王筱峻: "铜包覆多壁碳纳米管增强铝基复合材料的制备及力学性能", 《兵器材料科学与工程》 * |
| 王筱峻等: "碳纳米管增强铝基复合材料研究进展", 《兵器材料科学与工程》 * |
| 赵渠森: "《先进复合材料手册》", 31 May 2003, 机械工业出版社 * |
| 陈振华等: "《机械合金化与固液反应球磨》", 28 February 2006, 化学工业出版社 * |
| 韦进全等: "《碳纳米管宏观体》", 31 May 2006, 清华大学出版社 * |
| 麦亚潘: "《碳纳米管：科学与应用》", 31 July 2007, 科学出版社 * |
| 黄德欢: "《纳米技术与应用》", 31 July 2001, 中国纺织大学出版社 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109468480A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-03-15 | 太原理工大学 | 脉冲电场辅助的真空包套轧制制备金属基复合材料的方法 |
| CN109468480B (zh) * | 2018-11-26 | 2020-09-18 | 太原理工大学 | 脉冲电场辅助的真空包套轧制制备金属基复合材料的方法 |
| CN111636006A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-08 | 香港生产力促进局 | 一种铝硅合金石墨复合导热材料及其制备与应用 |
| CN111636006B (zh) * | 2020-05-29 | 2021-09-28 | 香港生产力促进局 | 一种铝硅合金石墨复合导热材料及其制备与应用 |
| CN112342420A (zh) * | 2020-10-16 | 2021-02-09 | 湘潭大学 | 一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法 |
| CN112342420B (zh) * | 2020-10-16 | 2022-03-22 | 湘潭大学 | 一种高强高韧耐蚀变形CNTs增强Zn-Al基复合材料的制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105734459B (zh) | 碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法 | |
| CN104674038B (zh) | 一种高强韧合金材料及其半固态烧结制备方法和应用 | |
| CN104862508B (zh) | 一种铝基石墨烯复合材料的制备方法 | |
| JP5202530B2 (ja) | 放電プラズマ焼結（ｓｐｓ）法によって耐火セラミック部品を接合するための方法 | |
| CN101279331B (zh) | 线材静液挤压装置及用该装置挤压超细晶粒线材的方法 | |
| JP5697604B2 (ja) | 金属部品の製造方法 | |
| CN113322392B (zh) | 一种纳米碳化硅颗粒增强铝合金基复合材料的制备方法 | |
| CN104073674A (zh) | 一种石墨烯铝基复合材料的制备方法 | |
| CN104419846B (zh) | 钛铝锆合金靶材及其制备方法 | |
| CN106670467A (zh) | 一种快速凝固粉末冶金高硅铝合金脱皮热挤压的制备方法 | |
| CN106065444B (zh) | 粉末冶金法制备铜镍合金材料的方法 | |
| CN109807294B (zh) | 一种超细晶合金块体材料及其制备方法 | |
| CN105734460A (zh) | 碳纳米管增强铝基复合材料的连续制备方法 | |
| CN103586468B (zh) | 一种TiAl合金粉末近净成型的方法 | |
| CN101457331A (zh) | 一种TiAl合金棒材的制备方法 | |
| JP5726457B2 (ja) | チタン製品またはチタン合金製品の製造方法 | |
| CN104416157A (zh) | 钛铝硅合金靶材的制备方法 | |
| Cai et al. | Porous NbAl3/TiAl3 intermetallic composites with controllable porosity and pore morphology prepared by two-step thermal explosion | |
| Chen et al. | A novel method for net-shape forming of hypereutectic Al–Si alloys by thixocasting with powder preforms | |
| CN110117727A (zh) | 一种基于3d打印技术制备颗粒增强金属基复合材料的方法 | |
| CN112828037B (zh) | 一种低温轧制制备超薄铝镁层状复合材料的方法 | |
| CN106475567A (zh) | 铬钼靶坯的制造方法 | |
| CN1352315A (zh) | 一种高铌TiAl合金大尺寸饼材制备方法 | |
| JP5176197B2 (ja) | アルミニウム液体を利用した硬質材料の作製方法及びその成形体 | |
| CN105112697A (zh) | (Ti@Al3Ti)p/Al基自生复合材料粉末触变成形方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160706 |