專利名稱：：含有碳納米管并入的纖維材料的金屬基體復(fù)合材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明一般地涉及復(fù)合材料，更具體而言，涉及纖維-增強(qiáng)的金屬基體復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
：在過去幾年中，由于納米級(jí)水平實(shí)現(xiàn)了有益性能的提高，含有納米材料的復(fù)合材料已經(jīng)被廣泛地研究。尤其地，由于碳納米管的極限強(qiáng)度和導(dǎo)電性，碳納米管是被廣泛研究用于復(fù)合材料的納米材料。盡管有益性能可以通過摻入的納米材料傳遞(conveyed)到復(fù)合材料基體，但由于將納米材料摻入到其中的復(fù)雜性，尚未廣泛實(shí)現(xiàn)商業(yè)上可行的含有納米材料，尤其是碳納米管的復(fù)合材料的生產(chǎn)。在將碳納米管摻入到復(fù)合材料基體中時(shí)常常遇到的問題可以包括，例如在載入碳納米管后粘度增加、梯度控制問題和不確定的碳納米管取向。鑒于上述問題，容易生產(chǎn)的含有碳納米管的復(fù)合材料在本領(lǐng)域中將具有實(shí)質(zhì)性益處。本發(fā)明滿足該需求，并且還提供相關(guān)的優(yōu)勢(shì)。
發(fā)明內(nèi)容在各個(gè)實(shí)施方式中，本文描述了含有金屬基體和碳納米管并入的(carbonnanotube-infused)纖維材料的復(fù)合材料。該金屬基體含有至少一種金屬。在一些實(shí)施方式中，復(fù)合材料包含含有至少一種金屬的金屬基體、第一部分碳納米管并入的纖維材料和第二部分碳納米管并入的纖維材料。第一部分碳納米管并入的纖維材料和第二部分碳納米管并入的纖維材料分別分布在金屬基體的第一區(qū)域和第二區(qū)域中。并入到第一部分的碳納米管的平均長(zhǎng)度和并入到第二部分的碳納米管的平均長(zhǎng)度被選擇，以便金屬基體的第一區(qū)域和金屬基體的第二區(qū)域具有不同的機(jī)械、電學(xué)或熱性能。在一些實(shí)施方式中，本文描述了含有復(fù)合材料的制品，所述復(fù)合材料含有金屬基體和碳納米管并入的纖維材料。該金屬基體含有至少一種金屬。在其它各種實(shí)施方式中，本文描述了制備金屬基體復(fù)合材料的方法。該方法包括提供碳納米管并入的纖維材料，和將碳納米管并入的纖維材料摻入到金屬基體中。該金屬基體含有至少一種金屬。以上相當(dāng)寬泛地概述了本公開的特征，以便可以更好地理解下面的詳細(xì)描述。在下文中將描述本公開的另外的特征和優(yōu)勢(shì)，其形成權(quán)利要求的主題。附圖簡(jiǎn)介為了更完整地理解本公開及其優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)將參考以下說明結(jié)合描述本公開具體實(shí)施方式的附圖，其中圖I顯示已經(jīng)并入到碳纖維的碳納米管的示例性TEM圖；圖2顯示已經(jīng)并入有碳納米管的碳纖維的示例性SEM圖，其中，碳納米管在40μm的目標(biāo)長(zhǎng)度的+20%之內(nèi)；圖3顯示碳納米管并入的碳纖維的纖維織物的示例性SEM圖；和圖4顯示碳納米管并入的纖維材料鋁合金復(fù)合材料的示例性SEM圖。發(fā)明詳述本公開部分地涉及含有金屬基體和碳納米管并入的纖維材料的復(fù)合材料。本公開也部分地涉及生產(chǎn)含有金屬基體和碳納米管并入的纖維材料的復(fù)合材料以及含有這種復(fù)合材料的制品的方法。在含有纖維材料和復(fù)合材料基體的復(fù)合材料中，纖維材料的提高的物理和/或化學(xué)性能被賦予復(fù)合材料基體(例如，金屬基體)。在本發(fā)明的復(fù)合材料中，這些提高的性能進(jìn)一步被并入到纖維材料的碳納米管提升。通過將碳納米管并入到纖維材料，一些不能被纖維材料單獨(dú)提高的性能可以被提高(例如，導(dǎo)電性，導(dǎo)熱性和熱膨脹改進(jìn))。這些性能提高在下文中被更詳細(xì)地考慮。碳納米管并入的纖維材料是用于將碳納米管引入到復(fù)合材料基體的通用平臺(tái)(versatileplatform)。利用復(fù)合材料中碳納米管并入的纖維材料使與其中碳納米管摻入有關(guān)的重要問題得以克服。另外，通過改變，例如并入到纖維材料的碳納米管覆蓋的長(zhǎng)度和密度，可將不同的性能選擇性地傳遞給復(fù)合材料。例如，較短的碳納米管可用于傳遞結(jié)構(gòu)支持給復(fù)合材料。較長(zhǎng)的碳納米管除了傳遞結(jié)構(gòu)支持之外，還可用于在通常導(dǎo)電差或不導(dǎo)電的復(fù)合材料中建立導(dǎo)電性逾滲通道。導(dǎo)電性在物理上與導(dǎo)熱性有關(guān)，并且，導(dǎo)熱性和熱膨脹系數(shù)的有關(guān)改進(jìn)可以通過將碳納米管并入的纖維材料包含在復(fù)合材料，尤其是金屬基體復(fù)合材料中而有利地實(shí)現(xiàn)。另外，碳納米管并入的纖維材料在復(fù)合材料不同區(qū)域中的不均勻性或梯度布置(gradientplacement)可用于選擇性地傳遞期望的性能給不同的復(fù)合材料區(qū)域。復(fù)合材料，尤其是金屬基體的復(fù)合材料的應(yīng)用繼續(xù)擴(kuò)大。這些復(fù)合材料的現(xiàn)有應(yīng)用和新應(yīng)用繼續(xù)突破當(dāng)前纖維增強(qiáng)技術(shù)的限制。含并入有碳納米管的纖維材料的復(fù)合材料是可以克服當(dāng)前的技術(shù)障礙以提供同時(shí)具有提高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和另外的有益性能，如例如導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的復(fù)合材料的一種方式。為了影響復(fù)合材料的導(dǎo)熱性而將纖維材料包含在復(fù)合材料中在本領(lǐng)域中還不常見。對(duì)于含有碳納米管并入的纖維材料的復(fù)合材料也存在許多其它潛在的應(yīng)用，其中給復(fù)合材料基體提供結(jié)構(gòu)增強(qiáng)或其它性能增強(qiáng)是期望的。例如，本發(fā)明金屬基體復(fù)合材料的示例性應(yīng)用可以包括其中期望提高耐磨性和增強(qiáng)導(dǎo)熱性性能的實(shí)例。這樣的應(yīng)用可以包括非限制性用途，如例如制動(dòng)盤、驅(qū)動(dòng)軸、工具、航空器部件、散熱片、住宅、底板和均熱器。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“金屬基體”指復(fù)合材料中的至少一種金屬，其可用于將碳納米管并入的纖維材料組織成特定的取向，包括隨機(jī)取向。在復(fù)合材料中，金屬基體通過，例如結(jié)構(gòu)性能、電性能和/或熱性能的提高而得益于其中含有的碳納米管并入的纖維材料。如本文中所使用的，“并入的(infused)”指結(jié)合的，以及“并入(infusion)”指結(jié)合的過程。因此，碳納米管并入的纖維材料是指與碳納米管結(jié)合的纖維材料。碳納米管與纖維材料的這種結(jié)合可以包括共價(jià)結(jié)合、離子結(jié)合、Pi-Pi相互作用和/或范德華力-介導(dǎo)的(mediated)物理吸附。在一些實(shí)施方式中，碳納米管直接與纖維材料結(jié)合。在其它實(shí)施方式中，碳納米管通過隔離涂層和/或用于介導(dǎo)碳納米管生長(zhǎng)的催化納米顆粒與纖維材料間接結(jié)合。將碳納米管并入到纖維材料的具體方式可以稱為結(jié)合基序(bondingmotif)。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“納米顆?！敝敢援?dāng)量球形直徑計(jì)直徑在大約O.Inm至大約IOOnm之間的顆粒，盡管納米顆粒的形狀不必是球形的。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“鈍化層”是指沉積在至少部分碳納米管并入的纖維材料上以防止或基本上抑制纖維材料和/或并入在其上的碳納米管的反應(yīng)的層。鈍化層可以有益于，例如在可能遇到高溫時(shí)防止或基本上抑制復(fù)合材料形成期間的反應(yīng)。另外，鈍化層可以在形成復(fù)合材料之前或之后防止或基本上抑制與大氣成分的反應(yīng)。鈍化層的示例性材料可以包括，例如電鍍鎳或二硼化鈦。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“上漿劑(sizingagent)”或“上漿”統(tǒng)指這樣的材料所述材料作為涂層用在纖維材料的制造中，以保護(hù)纖維材料的完整性、提供復(fù)合材料中纖維材料和金屬基體之間提高的界面相互作用、和/或改變和/或提高纖維材料的某些物理性倉(cāng)泛。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“可纏繞維度”指這樣的纖維材料所述纖維材料具有至少一個(gè)長(zhǎng)度不被限制的維度，在并入有碳納米管之后允許纖維材料儲(chǔ)存在卷軸或者心軸上?！翱衫p繞維度”的纖維材料具有至少一個(gè)這樣的維度所述維度指示使用分批或者連續(xù)處理，以將碳納米管并入到纖維材料。如本文中所使用的，術(shù)語(yǔ)“過渡金屬”是指周期表(第3到12族)d區(qū)中的任何元素或者元素合金，術(shù)語(yǔ)“過渡金屬鹽”是指任何過渡金屬化合物，如例如，過渡金屬氧化物、碳化物、氮化物等等。示例性的過渡金屬催化納米顆粒包括，例如，Ni、Fe、Co、Mo、Cu、Pt、Au、Ag、其合金、其鹽及其混合物。如本文中所使用的，“長(zhǎng)度一致”是指對(duì)于范圍在約Ιμπι至約500μm之間的碳納米管長(zhǎng)度，碳納米管的長(zhǎng)度的公差是加或減碳納米管總長(zhǎng)度的約20%或更少的情形。在非常短的碳納米管長(zhǎng)度(例如，約Iym至約4μπι)下，公差可以加或減約lym，S卩，稍微多于碳納米管總長(zhǎng)度的約20%。如本文中所使用的，“密度分布一致”是指纖維材料上的碳納米管密度的公差是加或減被碳納米管覆蓋的纖維材料表面積的約10%覆蓋率的情形。在各個(gè)實(shí)施方式中，在本文中描述了含有金屬基體和碳納米管并入的纖維材料的復(fù)合材料。該金屬基體含有至少一種金屬。已并入有碳納米管的纖維材料，包括碳纖維、陶瓷纖維、金屬纖維和玻璃纖維描述在2009年11月02日提交的申請(qǐng)人的共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)12/611，073、12/611，101和12/611，103中，其中每一個(gè)均通過引用其整體被并入本文。圖I顯示已經(jīng)并入到碳纖維的碳納米管的示例性Μ圖。圖2顯示已經(jīng)并入有碳納米管的碳纖維的示例性SHM圖，其中碳納米管在40μπι的目標(biāo)長(zhǎng)度的+20%內(nèi)。在圖I和2的圖中，碳納米管是多壁(multi-wall)碳納米管，盡管任何碳納米管，如單壁碳納米管、雙壁碳納米管和具有兩個(gè)以上壁的多壁碳納米管可用于并入本發(fā)明復(fù)合材料的纖維材料。以上纖維材料對(duì)于可以并入有碳納米管并包含在復(fù)合材料中的各種纖維材料僅是說明性的。在本文所描述的各種實(shí)施方式任意之一中，可以并入有碳納米管的纖維材料包括，例如玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維、陶瓷纖維和有機(jī)纖維(例如，芳族聚酰胺纖維)。在一些實(shí)施方式中，纖維材料包括，例如玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維、陶瓷纖維、有機(jī)纖維、碳化硅(SiC)纖維、碳化硼(B4C)纖維、氮化硅(Si3N4)纖維、氧化鋁(Al2O3)纖維及其各種組合。在一些實(shí)施方式中，碳納米管的期望性能被賦予它們并入的纖維材料，從而增強(qiáng)所得復(fù)合材料的金屬基體。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到任何類型的可以并入有碳納米管的纖維材料也可用于本文所描述的實(shí)施方式中，以增強(qiáng)期望的目標(biāo)性能。此外，通過改變纖維材料的一致性(identity)和/或比例(fraction)和/或其上并入的碳納米管的數(shù)量,可在復(fù)合材料中解決不同的性能。不受理論或機(jī)理的限制，申請(qǐng)人相信纖維材料從結(jié)構(gòu)上加強(qiáng)復(fù)合材料的金屬基體。在一些實(shí)施方式中，碳納米管并入的纖維材料可以包含在具有缺乏碳納米管的纖維材料的復(fù)合材料中。示例性的組合無限制性地包括碳納米管并入的玻璃纖維與缺乏碳納米管并入的陶瓷纖維、碳納米管并入的陶瓷纖維與缺乏碳納米管并入的玻璃纖維、碳納米管并入的碳纖維與缺乏碳納米管并入的陶瓷纖維、以及碳納米管并入的碳纖維與缺乏碳納米管并入的玻璃纖維。另外，任何類型的碳納米管纖維均可以包含在具有缺乏碳納米管并入的類似類型纖維材料的復(fù)合材料中?；谟糜诋a(chǎn)生纖維的前體進(jìn)行分類，有三種類型的碳纖維人造纖維、聚丙烯腈(PAN)和浙青，其中任何一種均可以用于本文所述的各種實(shí)施方式中。來自人造纖維前體的碳纖維是纖維素材料，具有大約20%的相對(duì)低的碳含量并且該纖維趨于具有低的強(qiáng)度和硬度。相比之下，聚丙烯腈(PAN)前體提供碳含量大約55%并由于表面缺陷最少而拉伸強(qiáng)度優(yōu)異的碳纖維?；谑驼闱?、煤焦油和聚氯乙烯的浙青前體也可用于生產(chǎn)碳纖維。盡管浙青成本相對(duì)低并且碳產(chǎn)率高，但在給定的所得碳纖維的批次中可能有不均勻的問題。在各個(gè)實(shí)施方式中，本發(fā)明復(fù)合材料的纖維材料可以是絲、紡線、纖維絲束、帶材、纖維-編織物、織造織物、非織造織物、纖維板片和其它三維織造或非織造結(jié)構(gòu)的非限制性形式。例如，在纖維材料是碳纖維的實(shí)施方式中，纖維材料可以是包括碳絲、碳纖維紡線、碳纖維絲束、碳帶材、碳纖維-編織物、織造碳織物、非織造碳纖維墊、碳纖維板片和其它三維織造或非織造結(jié)構(gòu)的非限制性形式。作為實(shí)例，圖3顯示碳納米管并入的碳纖維的織造織物的示例性SEM圖。在各個(gè)實(shí)施方式中，均勻長(zhǎng)度和分布的碳納米管可以沿著絲、纖維絲束、帶材、織物和其它三維織造結(jié)構(gòu)的可纏繞長(zhǎng)度產(chǎn)生。雖然各種絲、纖維絲束、紡線、墊、織造和非織造織物等等可以直接并入有碳納米管，但從來自碳納米管并入的纖維的母體纖維絲束、紡線或類似物產(chǎn)生這種更高度有序的結(jié)構(gòu)也是可能的。例如，碳納米管并入的纖維材料可以從碳納米管并入的纖維絲束轉(zhuǎn)換成織造織物。絲包括直徑大小范圍通常在大約Ιμ至大約100μm微米之間的高縱橫比(長(zhǎng)寬比,aspectratio)纖維。纖維絲束一般是緊密連接的碳絲的束，在一些實(shí)施方式中，其可以扭曲在一起以產(chǎn)生紡線。紡線包括嚴(yán)密連接的扭曲絲的束,其中，紡線中每一條絲的直徑是相對(duì)均勻的。紡線具有由其‘特(tex)’(表示為每1000線性米的重量克數(shù))或者‘旦(denier)’(表示為每10，000碼的重量磅數(shù))描述的不同重量。對(duì)于紡線，典型的特范圍通常在大約200至大約2000之間。纖維-編織物表示密集壓緊的纖維的類似繩索的結(jié)構(gòu)。例如，這種類似繩索的結(jié)構(gòu)可由紡線組裝。編織的結(jié)構(gòu)可以包括中空的部分。可選地，可以繞另一核心材料組裝編織的結(jié)構(gòu)。纖維絲束包括松散連接的未扭曲絲的束。如在紡線中一樣，纖維絲束中的絲直徑一般是均勻的。纖維絲束也具有不同的重量，并且特范圍通常在200特和2000之間。另外，纖維絲束的特征通常在于纖維絲束中的數(shù)以千計(jì)的絲數(shù)目，諸如，舉例來說，12K絲束、24K絲束、48K絲束等等。帶材是，例如可被組裝為織物或被組裝為非織造平壓纖維絲束的纖維材料。帶材的寬度可變化并且一般是類似于帶的兩面的結(jié)構(gòu)。在本文所描述的各種實(shí)施方式中，碳納米管可以在帶材的一面或兩面上被并入到帶材的纖維材料。另外，不同類型、直徑或長(zhǎng)度的碳納米管可以在帶材的每一個(gè)面上生長(zhǎng)。將不同類型、直徑或長(zhǎng)度的碳納米管并入到纖維材料上的優(yōu)勢(shì)在下文中進(jìn)行評(píng)價(jià)。如在申請(qǐng)人的共同未決美國(guó)專利申請(qǐng)中所描述的，將碳納米管并入到帶材的卷軸可以以連續(xù)的方式進(jìn)行。在一些實(shí)施方式中，纖維材料可被組織為織物或者片狀結(jié)構(gòu)。除上述的帶材之外，這些包括例如織造織物、非織造纖維墊和纖維板片。可由母體纖維絲束、紡線、絲或者類似物組裝這種更高度有序的結(jié)構(gòu)，其中碳納米管已經(jīng)并入到纖維材料上。如同帶材一樣，這樣的結(jié)構(gòu)也可以用作將碳納米管連續(xù)并入到其上的基底。如在申請(qǐng)人的共同未決申請(qǐng)中所描述的，改進(jìn)纖維材料以在纖維材料上提供催化納米顆粒的層(典型地只是單層)，目的是使碳納米管在其上生長(zhǎng)。在各個(gè)實(shí)施方式中，用于介導(dǎo)碳納米管生長(zhǎng)的催化納米顆粒是過渡金屬及其各種鹽。在一些實(shí)施方式中，纖維材料還包括隔離涂層。示例性的隔離涂層可以包括，例如燒氧基娃燒、甲基娃氧燒、招氧燒(alumoxane)、氧化招納米顆粒、旋涂玻璃(spinonglass)和玻璃納米顆粒。例如,在一個(gè)實(shí)施方式中，隔離涂層是AccuglassT-Il旋涂玻璃(HoneywellInternationalInc.，Morristown,NJ)。在一些實(shí)施方式中，用于碳納米管合成的催化納米顆粒可以與未固化的隔離涂層材料組合，然后一起施用到纖維材料。在其它實(shí)施方式中，可以在催化納米顆粒沉積之前將隔離涂層材料加入到纖維材料中。通常，隔離涂層足夠薄以允許催化納米顆粒暴露于碳原料氣體，用于碳納米管生長(zhǎng)。在一些實(shí)施方式中，隔離涂層的厚度小于或約等于催化納米顆粒的有效直徑。在一些實(shí)施方式中，隔離涂層的厚度范圍在約IOnm至約IOOnm之間。在其它實(shí)施方式中，隔離涂層的厚度范圍在約IOnm至約50nm之間，包括40nm。在一些實(shí)施方式中，隔離涂層的厚度小于約10nm，包括約lnm、約2nm、約3nm、約4nm、約5nm、約6nm、約7nm、約8nm、約9nm和約IOnm-包括其間的所有的值和亞范圍。不受理論限制，隔離涂層可用作纖維材料與碳納米管之間的中間層，并將碳納米管機(jī)械地并入纖維材料。這種機(jī)械并入仍提供堅(jiān)固的系統(tǒng)，其中纖維材料用作組織碳納米、管的平臺(tái)，同時(shí)允許碳納米管的有益性能傳遞給纖維材料。而且，包括隔離涂層的益處包括保護(hù)纖維材料免受由于暴露于濕氣引起的化學(xué)損害和/或在用于促進(jìn)碳納米管生長(zhǎng)的高溫度下的熱損害。在一些實(shí)施方式中，在將碳納米管并入的纖維材料結(jié)合到復(fù)合材料中之前去除隔離涂層。然而，在其它實(shí)施方式中，復(fù)合材料可以含有隔離涂層完整無損的碳納米管并入的纖維材料。在催化納米顆粒沉積之后，在一些實(shí)施方式中，使用基于化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法，以使碳納米管在纖維材料上連續(xù)生長(zhǎng)。所得碳納米管并入的纖維材料本身是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。更通常地，可以利用本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員已知的任何技術(shù)將碳納米管并入纖維材料。用于碳納米管合成的示例性技術(shù)包括，例如微腔、熱或者等離子體增強(qiáng)的CVD技術(shù)、激光燒蝕、弧光放電和高壓一氧化碳(HiPCO)合成。在一些實(shí)施方式中，通過在生長(zhǎng)過程期間提供電場(chǎng)，CVD生長(zhǎng)可以是等離子體-增強(qiáng)的，以便碳納米管遵循電場(chǎng)方向。并入本發(fā)明復(fù)合材料的纖維材料的碳納米管的類型通?？梢宰兓皇芟拗啤Ｔ诒疚牡母鱾€(gè)實(shí)施方式中，并入到纖維材料上的碳納米管可以是，例如，富勒烯族碳的許多圓柱形同素異形體的任一種，包括單壁碳納米管(SWNT)、雙壁碳納米管(DWNT)、多壁碳納米管(MWNT)及其任意組合。在一些實(shí)施方式中，碳納米管可以被富勒烯類似結(jié)構(gòu)封端。以另一種方式進(jìn)行說明，碳納米管在這樣的實(shí)施方式中具有封閉端。然而，在其它實(shí)施方式中，碳納米管保持開口。在一些實(shí)施方式中，碳納米管包封其它材料。在一些實(shí)施方式中，在并入纖維材料之后，碳納米管被共價(jià)官能化。官能化可用于提高，例如碳納米管與復(fù)合材料的基體材料的相容性。在一些實(shí)施方式中，等離子體方法被用于促進(jìn)碳納米管官能化。在一些實(shí)施方式中，并入到纖維材料的碳納米管基本上垂直于纖維材料的縱軸。以另一種方式進(jìn)行說明，并入到纖維材料的碳納米管切向地(circumferentially)垂直于纖維表面。在其它實(shí)施方式中，并入到纖維材料的碳納米管基本上平行于纖維材料的縱軸。在一些實(shí)施方式中，并入到纖維材料的碳納米管未成束，從而有助于纖維材料與碳納米管之間的強(qiáng)的結(jié)合。未成束的碳納米管允許有益的碳納米管性能表現(xiàn)在本發(fā)明復(fù)合材料中。在其它實(shí)施方式中，通過減小生長(zhǎng)密度，在碳納米管合成期間可以以高度均勻、纏結(jié)的碳納米管墊的形式制備并入到纖維材料的碳納米管。在這樣的實(shí)施方式中，碳納米管并不生長(zhǎng)足夠密集，以使碳納米管基本上垂直于纖維材料的縱軸排列。在一些實(shí)施方式中，選擇并入到纖維材料的碳納米管的量，以便復(fù)合材料的至少一種性能相對(duì)于單獨(dú)的金屬基體或纖維材料得以增強(qiáng)。這樣的性能可以包括，例如拉伸強(qiáng)度、楊氏模量、剪切強(qiáng)度、剪切模量、韌性、壓縮強(qiáng)度、壓縮模量、密度、電磁波吸收率/反射率、聲音透射率(acoustictransmittance)、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。碳納米管在復(fù)合材料中的存在也提供較輕的終端產(chǎn)品復(fù)合材料，其強(qiáng)度與重量的比高于缺乏碳納米管的類似復(fù)合材料。在一些實(shí)施方式中，纖維材料可以并入有特定類型的碳納米管，以便可以獲得期望的纖維材料性能，從而獲得期望的復(fù)合材料性能。例如，可以通過將各種類型、手性、直徑、長(zhǎng)度和密度的碳納米管并入到纖維材料來改變復(fù)合材料的電性能。例如，通過改變碳納米管的長(zhǎng)度可以具體解決相關(guān)的熱性能。導(dǎo)電性或者比電導(dǎo)是材料傳導(dǎo)電流的能力的量度。碳納米管可以是金屬的、半金屬的或者半導(dǎo)體的，這取決于它們的手性。用于指定碳納米管手性的公認(rèn)的命名法系統(tǒng)被本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所公認(rèn)，并且通過雙指數(shù)(n，m)來區(qū)分，其中，η和m是描述形成管狀結(jié)構(gòu)時(shí)六邊形石墨的相交(cut)和包封(wrapping)的整數(shù)。例如，當(dāng)m=n時(shí),碳納米管管被認(rèn)為是‘扶手椅’型。這樣的扶手椅碳納米管，特別是單壁碳納米管是金屬導(dǎo)體，并且具有極高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。另外，這樣的單壁碳納米管具有極高的拉伸強(qiáng)度。除了手性之外，碳納米管的直徑也影響其導(dǎo)電性和相關(guān)的導(dǎo)熱性性能。在碳納米管的合成中，碳納米管的直徑可通過利用給定尺寸的催化納米顆粒進(jìn)行控制。通常，碳納米管的直徑近似于催化其形成的催化納米顆粒的直徑。因此，碳納米管的性能可另外通過，例如調(diào)整用于合成碳納米管的催化納米顆粒的尺寸進(jìn)行控制。作為非限制性實(shí)例，直徑為約Inm的催化納米顆?？捎糜趯伪谔技{米管并入纖維材料。較大的催化納米顆?？捎糜谥饕苽溆捎诙鄠€(gè)納米管層而具有較大直徑的多壁碳納米管，或者單壁和多壁碳納米管的混合物。由于可以不均勻地重新分布電流的各納米管層之間的壁間反應(yīng)(interwallreaction),多壁碳納米管比單壁碳納米管通常具有更復(fù)雜的傳導(dǎo)特征(conductivityprofile)。通過對(duì)比，在單壁碳納米管的不同部分上電流沒有變化。由于復(fù)合材料中纖維材料的間隔通常大于或等于約一個(gè)纖維直徑(例如，約5μm至約50μm)，至少約一半該長(zhǎng)度的碳納米管被用于在復(fù)合材料中建立導(dǎo)電滲濾通道(percolationpathway)。這樣的碳納米管長(zhǎng)度可以通過鄰近纖維之間的碳納米管與碳納米管橋接來建立導(dǎo)電滲濾通道。根據(jù)復(fù)合材料中纖維材料的直徑和其間的間隔，可以相應(yīng)地調(diào)整碳納米管長(zhǎng)度，以建立導(dǎo)電滲濾通道。在不期望或沒必要建立導(dǎo)電滲濾通道的應(yīng)用中，長(zhǎng)度短于纖維直徑的碳納米管可用于增強(qiáng)結(jié)構(gòu)性能。在一些實(shí)施方式中，并入到纖維材料的碳納米管的長(zhǎng)度在碳納米管合成期間可以通過調(diào)節(jié)含碳原料氣體流速和壓力、載體氣體流速和壓力、反應(yīng)溫度和暴露于碳納米管生長(zhǎng)條件的時(shí)間進(jìn)行控制。在本發(fā)明復(fù)合材料的一些實(shí)施方式中，可以使用沿相同連續(xù)纖維材料的不同部分長(zhǎng)度變化的碳納米管。在這種情況下，碳納米管并入的纖維材料可以增強(qiáng)金屬基體的一種以上性能。例如，在給定的復(fù)合材料中可以期望具有并入有均勻較短的碳納米管以增強(qiáng)剪切強(qiáng)度或其它結(jié)構(gòu)性能的第一部分纖維材料和并入有均勻較長(zhǎng)的碳納米管以增強(qiáng)導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性性能的第二部分纖維材料。在一些實(shí)施方式中，并入到纖維材料的碳納米管通常長(zhǎng)度一致。在一些實(shí)施方式中，并入的碳納米管的平均長(zhǎng)度在約Iμm和約500μm之間，包括約Iμm、約2μm、約3μm、約4μm、約5μm、約6μm、約7μm、約8μm、約9μm、約10μm、約15μm、約20μm、約25μm、約30μm、約35μm、約40μm、約45μm、約50μm、約60μm、約70μm、約80μm、約90μm、約100μm、約150μm、約200μm、約250μm、約300μm、約350μm、約400μm、約450μm、約500μm以及其間的所有值和亞范圍。在一些實(shí)施方式中，并入的碳納米管的平均長(zhǎng)度小于約14111，包括例如約0.54111以及其間的所有值和亞范圍。在一些實(shí)施方式中，并入的碳納米管的平均長(zhǎng)度在約Ιμπι和約10μm之間，包括例如約Ιμπκ約2μπκ約3μπ^^]4μπι、約5μπκ約6μπκ約7μπκ約8μπκ約9μπκ約10μm以及其間的所有值和亞范圍。在其它實(shí)施方式中，并入的碳納米管的平均長(zhǎng)度大于約500μm，包括例如約510μm、約520μm、約550μm、約600μm、約700μm以及其間的所有值和亞范圍。在各個(gè)實(shí)施方式中，并入的碳納米管的平均長(zhǎng)度可以受以下影響，例如暴露于碳納米管生長(zhǎng)條件的時(shí)間、生長(zhǎng)溫度以及在碳納米管合成期間使用的含碳原料氣體(例如，乙炔、乙烯和/或乙醇)和載體氣體(例如，氦、氬和/或氮)的流速和壓力。通常，在碳納米管合成期間，以總反應(yīng)體積的約0.1%至約15%范圍提供含碳原料氣體。在一些實(shí)施方式中，并入的碳納米管的平均長(zhǎng)度在約Iμm和約10μm之間。具有這種長(zhǎng)度的碳納米管在，例如提高剪切強(qiáng)度的應(yīng)用中是有用的。在其它實(shí)施方式中，并入的碳納米管的平均長(zhǎng)度在約5μm和約70μm之間。具有這種長(zhǎng)度的碳納米管在包括，例如提高拉伸強(qiáng)度的應(yīng)用中是有用的，尤其在碳納米管以纖維方向排列的情況下。在其它實(shí)施方式中，碳納米管的平均長(zhǎng)度在約10μm和約100μm之間。除機(jī)械性能以外，具有這種長(zhǎng)度的碳納米管對(duì)于，例如提高導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性性能也是有用的。在一些實(shí)施方式中，碳納米管的平均長(zhǎng)度在約ΙΟΟμπι和約500μπι之間。具有這種長(zhǎng)度的碳納米管尤其有益于提高，例如導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性性能。在一些實(shí)施方式中，相對(duì)于缺乏碳納米管的復(fù)合材料，碳納米管的平均長(zhǎng)度足以使復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)降低約4倍或更多。在一些實(shí)施方式中，相對(duì)于缺乏碳納米管的復(fù)合材料，碳納米管的平均長(zhǎng)度足以使復(fù)合材料的硬度和耐磨性提高約3倍或更多。在一些實(shí)施方式中，碳納米管的平均長(zhǎng)度足以在復(fù)合材料中建立導(dǎo)電通道。在一些實(shí)施方式中，碳納米管的平均長(zhǎng)度足以在復(fù)合材料中建立導(dǎo)熱通道。在一些實(shí)施方式中，提及纖維材料上的碳納米管密度的均勻性，并入到纖維材料的碳納米管通常密度分布一致。如上所限定，均勻密度分布的公差為在并入有碳納米管的纖維材料表面積上加或減約10%。作為非限制性實(shí)例，對(duì)于具有5個(gè)壁和直徑為8nm的碳納米管，該公差相當(dāng)于約±1500個(gè)碳納米管/μm2。這樣的數(shù)據(jù)假設(shè)碳納米管內(nèi)部的空間是可填充的。在一些實(shí)施方式中，以纖維材料的覆蓋百分率(即，被碳納米管覆蓋的纖維材料表面積的百分比)表示的最大碳納米管密度可以高達(dá)約55%—再次假定碳納米管直徑為8nm，具有5個(gè)壁和可填充的內(nèi)部空間。55%表面積覆蓋率對(duì)于具有參考尺寸的碳納米管相當(dāng)于約15，000個(gè)碳納米管/μm2。在一些實(shí)施方式中，覆蓋密度多達(dá)約15，000個(gè)碳納米管/μm2。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以通過改變催化納米顆粒在纖維材料表面上的沉積、暴露于碳納米管生長(zhǎng)條件的時(shí)間以及用于將碳納米管并入纖維材料的實(shí)際生長(zhǎng)條件本身來獲得寬范圍的碳納米管密度。如上所述，分布密度較高的較短碳納米管對(duì)于提高機(jī)械性能(例如，拉伸強(qiáng)度)通常更有用，而分布密度較低的較長(zhǎng)碳納米管對(duì)于提高熱和電性能通常更有用。然而，甚至當(dāng)存在較長(zhǎng)碳納米管時(shí)提高分布密度也仍然是有利的。拉伸強(qiáng)度可以包括三種不同的測(cè)量方法1)屈服強(qiáng)度，其評(píng)價(jià)材料應(yīng)變從彈性變形變化為塑性變形，導(dǎo)致永久變形的應(yīng)力；2)極限強(qiáng)度，其評(píng)價(jià)當(dāng)材料遭受拉伸、壓縮或者剪切時(shí)可經(jīng)受的最大應(yīng)力；和3)斷裂強(qiáng)度,其評(píng)價(jià)應(yīng)力-應(yīng)變曲線上在斷裂點(diǎn)的應(yīng)力坐標(biāo)。剪切強(qiáng)度評(píng)價(jià)當(dāng)垂直于纖維方向施加負(fù)載時(shí)材料受損的應(yīng)力。壓縮強(qiáng)度評(píng)價(jià)當(dāng)施加壓縮負(fù)荷(即，平行于纖維方向施加負(fù)載)時(shí)材料受損的應(yīng)力。尤其地，多壁碳納米管具有目前測(cè)量的任何材料的最高拉伸強(qiáng)度，已達(dá)到約63GPa的拉伸強(qiáng)度。而且，理論計(jì)算已表明某些碳納米管的可能的拉伸強(qiáng)度多達(dá)約300GPa。如上所述，本發(fā)明復(fù)合材料中拉伸強(qiáng)度的提高取決于碳納米管的精確屬性，以及并入到纖維材料上時(shí)其密度和分布。例如，相對(duì)于母體纖維材料，碳納米管并入的纖維材料可以表現(xiàn)拉伸強(qiáng)度二至三倍或更多的增加。同樣地，示例性的碳納米管并入的纖維材料可以具有多達(dá)母體纖維材料的三倍或更多的剪切強(qiáng)度和多達(dá)2.5倍或更多的壓縮強(qiáng)度。纖維材料強(qiáng)度的這種增加被傳遞給其中分布碳納米管并入的纖維材料的復(fù)合材料。在一些實(shí)施方式中，含有并入的碳納米管的纖維材料均勻地分布在金屬基體中。以另一種方式進(jìn)行說明，碳納米管并入的纖維材料均質(zhì)地分布在金屬基體中。在一些實(shí)施方式中，纖維材料在金屬基體中被隨機(jī)定向。在這種情況下，復(fù)合材料的性能被各向同性地增強(qiáng)。在其它實(shí)施方式中，纖維材料在金屬基體中排列或以其它方式定向。在這種情況下，復(fù)合材料的性能被各向異性地增強(qiáng)。在一些實(shí)施方式中，纖維材料在金屬基體中同時(shí)均勻分布和排列。在其它實(shí)施方式中，纖維材料以隨機(jī)方式均勻分布在金屬基體中。在一些實(shí)施方式中，纖維材料具有兩種或更多種長(zhǎng)度的碳納米管并入到其上。在這樣的實(shí)施方式中，纖維材料的分布可以再次是隨機(jī)的、排列的或以一些方式另外定向的。如上所述，不同長(zhǎng)度的碳納米管可以并入到相同纖維材料的不同部分，并用于將不同的性能增強(qiáng)傳遞給復(fù)合材料。在可選實(shí)施方式中，具有不同長(zhǎng)度的碳納米管可并入到兩種或更多種不同的纖維材料中，然后，其中每一種纖維材料均均勻地分布在復(fù)合材料中。這樣的纖維材料可以再次將不同的性能增強(qiáng)傳遞給復(fù)合材料。因此，具有第一長(zhǎng)度的碳納米管可以并入到第一纖維材料，具有第二長(zhǎng)度的碳納米管可以并入到第二纖維材料，以將不同的性能增強(qiáng)傳遞給復(fù)合材料。當(dāng)使用兩種或更多種不同的纖維材料時(shí)，分布也可以是隨機(jī)的、排列的或以一些方式另外定向的。如本文以下所論述的，對(duì)于一種或兩種或多種含有并入其上的碳納米管的纖維材料，分布也可以是非均勻方式。在其它實(shí)施方式中，纖維材料不均勻地(non-uniformly)分布在金屬基體中。以另一種方式進(jìn)行說明，碳納米管并入的纖維材料可以非均勻地(heterogeneously)分布在金屬基體中。在一些實(shí)施方式中，不均勻分布是在金屬基體中的梯度分布。在一些實(shí)施方式中，金屬基體的第一部分含有碳納米管并入的纖維材料，金屬基體的第二部分不含碳納米管并入的纖維材料。作為后面實(shí)施方式的非限制性實(shí)例，本公開的金屬基體復(fù)合材料的最外面區(qū)域可以通過在金屬基體表面附近僅包括纖維材料而選擇性地增強(qiáng)。在含有不均勻分布的碳納米管并入的纖維材料的實(shí)施方式中，碳納米管并入的纖維材料可用于選擇性地將增強(qiáng)的性能僅傳遞給復(fù)合材料的某些部分。作為非限制性實(shí)例，僅在其表面附近具有碳納米管并入的纖維材料的復(fù)合材料可用于增強(qiáng)表面熱傳遞性能，或用于傳遞表面抗沖擊性。在可選實(shí)施方式中，具有不同長(zhǎng)度的碳納米管可并入到兩種或更多種不同的纖維材料，所述材料然后不均勻地分布在復(fù)合材料中。例如，具有不同長(zhǎng)度的碳納米管并入到其上的纖維材料可以分布在復(fù)合材料的不同部分中。在這樣的實(shí)施方式中，具有不同長(zhǎng)度的碳納米管有區(qū)別地增強(qiáng)它們所分布的復(fù)合材料的部分。作為非限制性實(shí)例，長(zhǎng)度足以提高抗沖擊性的碳納米管可以并入到纖維材料并分布在復(fù)合材料表面附近，而長(zhǎng)度足以建立導(dǎo)電滲濾通道的碳納米管可并入到纖維材料并分布在復(fù)合材料的另一區(qū)域。根據(jù)本公開，性能增強(qiáng)的其它組合可以被本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員預(yù)想到。如同在碳納米管并入的纖維材料均勻地分布在復(fù)合材料中的情況，在不均勻分布的情況下，纖維材料的沉積可以再次是隨機(jī)的、排列的或以一些方式另外定向的。在一些實(shí)施方式中，復(fù)合材料包含金屬基體，第一部分碳納米管并入的纖維材料和第二部分碳納米管并入的纖維材料。第一部分碳納米管并入的纖維材料和第二部分碳納米管并入的纖維材料分別分布在金屬基體的第一區(qū)域和第二區(qū)域中。并入第一部分的碳納米管的平均長(zhǎng)度和并入第二部分的碳納米管的平均長(zhǎng)度被選擇，以便金屬基體的第一區(qū)域和金屬基體的第二區(qū)域具有不同的機(jī)械、電或熱性能。該金屬基體包括至少一種金屬。在一些實(shí)施方式中，第一部分碳納米管并入的纖維材料和第二部分碳納米管并入的纖維材料是相同的纖維材料。例如，在一些實(shí)施方式中，纖維材料的第一部分和纖維材料的第二部分均是碳纖維或本文所述的任何其它纖維材料。在其它實(shí)施方式中，第一部分碳納米管并入的纖維材料和第二部分碳納米管并入的纖維材料是不同的纖維材料。在一些實(shí)施方式中，第一部分碳納米管并入的纖維材料和第二部分碳納米管并入的纖維材料的至少一個(gè)也包括至少涂覆碳納米管并入的纖維材料的鈍化層。這種鈍化層的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)在下文中更詳細(xì)地考慮。各種金屬基體可以用于形成本文所述的復(fù)合材料。在一些實(shí)施方式中，金屬基體可以包括至少一種金屬，如例如鋁、鎂、銅、鈷、鎳、鋯、銀、金、鈦及其混合物。金屬基體的混合物可以是金屬合金。作為非限制性實(shí)例，示例性的金屬合金是鎳-鈷合金。在其它實(shí)施方式中，含有至少一種金屬的混合物可以是低共熔物質(zhì)(eutecticsubstance)。在一些實(shí)例中，可能發(fā)生金屬基體與碳納米管并入的纖維材料的反應(yīng)。在這樣的情況下，金屬基體與碳納米管并入的纖維材料的反應(yīng)產(chǎn)物會(huì)有害地影響復(fù)合材料的性能。例如，在鋁基體的情況下，可形成碳化鋁，其是可以有害影響復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度的易碎材料。作為金屬基體與碳納米管并入的纖維材料的潛在反應(yīng)的結(jié)果，本文描述的一些實(shí)施方式在金屬基體中進(jìn)一步包括至少一種提高金屬基體與碳納米管并入的纖維材料的相容性的添加劑。在一些實(shí)施方式中，提高的相容性可以導(dǎo)致金屬基體和碳納米管并入的纖維材料之間的界面處的反應(yīng)產(chǎn)物。與金屬基體和碳納米管并入的纖維材料的反應(yīng)產(chǎn)物不同，至少一種添加劑和金屬基體的反應(yīng)產(chǎn)物理想地提高復(fù)合材料的性能。在一些實(shí)施方式中，金屬基體和至少一種添加劑的反應(yīng)產(chǎn)物僅僅提高金屬基體和碳納米管并入的纖維材料之間的物理相互作用。在其它實(shí)施方式中，金屬基體和至少一種添加劑的反應(yīng)產(chǎn)物導(dǎo)致在金屬基體和碳納米管并入的纖維材料之間共價(jià)鍵形成。在一些實(shí)施方式中，至少一種添加劑與碳納米管并入的纖維材料的碳納米管反應(yīng)，在金屬基體和碳納米管并入的纖維材料的界面處形成碳化物產(chǎn)物。該碳化物產(chǎn)物并不含有金屬基體的所述至少一種金屬。在鋁的情況下，在鋁基體中包含少量硅作為添加劑足以在鋁基體和碳納米管并入的纖維材料之間的界面處形成碳化硅，并基本上避免形成有害的碳化鋁。在一些實(shí)施方式中，碳化物產(chǎn)物是碳化硅。在一些實(shí)施方式中，金屬基體含有鋁，和至少一種添加劑含有硅。金屬基體和添加劑的其它組合可以被本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員預(yù)想到，并且，本發(fā)明實(shí)施方式不應(yīng)被認(rèn)為是限制性的。通過其它手段結(jié)合或替代向金屬基體添加至少一種添加劑，可以實(shí)現(xiàn)金屬基體和碳納米管并入的纖維材料之間提高的相容性。例如，在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明復(fù)合材料也包括至少涂覆碳納米管并入的纖維材料的鈍化層。在一些實(shí)施方式中，鈍化層也涂覆并入到纖維材料上的碳納米管。如上所述，在用于形成復(fù)合材料的情況下，纖維材料和/或并入到其上的碳納米管可以變得與金屬基體有反應(yīng)性。將鈍化層結(jié)合到碳納米管并入的纖維材料上消除或基本上減少纖維材料或碳納米管的不期望的反應(yīng)。這樣的鈍化層與向金屬基體添加至少一種添加劑的不同之處在于這樣的鈍化層意圖排除或基本上最小化碳納米管并入的纖維材料的反應(yīng)。相反，金屬基體的至少一種添加劑被專門添加以促進(jìn)這樣的反應(yīng)。許多不同的鈍化層及其沉積方法適于涂覆本文所述的碳納米管并入的纖維材料。通常，任何傳統(tǒng)的隔離涂層可用作鈍化層，以防止碳納米管的不期望的化學(xué)反應(yīng)。傳統(tǒng)的隔離涂層可以包括上述上漿劑，或者，更通常地，用于纖維材料的二氧化硅和氧化鋁基涂層。在一些實(shí)施方式中，示例性鈍化層可以包括，例如鎳和二硼化鈦。同樣適用的可選鈍化層包括例如，鉻、鎂、鈦、銀和錫。在一些實(shí)施方式中，鈍化層通過如例如電鍍或化學(xué)氣相沉積的技術(shù)沉積在碳納米管并入的纖維材料上。例如，鈍化層可以是無電鎳(electoolessnickel)或由電鍍技術(shù)沉積的鎳合金。在一些實(shí)施方式中，鈍化層的厚度為約Inm至約10um0盡管碳納米管并入的纖維材料在形成復(fù)合材料期間可以變得與金屬基體有反應(yīng)性，并且這樣的反應(yīng)通常被認(rèn)為是不期望的，但在一些實(shí)施方式中，這樣的反應(yīng)可用于有益地增強(qiáng)復(fù)合材料的性能。例如，如果沒有產(chǎn)生有害反應(yīng)產(chǎn)物，則金屬基體和碳納米管并入的纖維材料之間的反應(yīng)可以在其間形成共價(jià)鍵并提高兩者之間的相互作用。在一些實(shí)施方式中，將碳納米管并入到纖維材料可用于進(jìn)一步的目的，包括，例如用作上漿劑以保護(hù)纖維材料免受濕氣、氧化、磨損和/或壓縮?；谔技{米管的上漿劑也可用作復(fù)合材料中纖維材料和金屬基體之間的界面。替代常規(guī)上漿劑或除常規(guī)上漿劑外，這種基于碳納米管的上漿劑可以施用于纖維材料。常規(guī)上漿劑的類型和功能變化很大，并且包括例如，表面活性劑、抗靜電劑、潤(rùn)滑劑、硅氧烷、烷氧基硅烷、氨基硅烷、硅烷、硅烷醇、聚乙烯醇、淀粉、及其混合物。當(dāng)存在時(shí)，這樣的常規(guī)上漿劑可保護(hù)碳納米管本身和/或提供碳納米管單獨(dú)無法傳遞的進(jìn)一步的性能增強(qiáng)給纖維材料。在一些實(shí)施方式中，常規(guī)上漿劑可以在并入碳納米管之前從纖維材料去除。如上所述，并入到纖維材料的碳納米管可直接與纖維材料結(jié)合或通過在一些實(shí)施方式中可以是常規(guī)上漿劑的催化納米顆粒或隔離涂層間接結(jié)合。形成碳納米管并入的纖維材料之后，含有金屬基體和碳納米管并入的纖維材料的復(fù)合材料可利用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的任意方法形成，所述方法包括，例如鑄造、模壓鑄造、熱壓成形、液態(tài)金屬滲透、熔紡、熱噴霧沉積、電解沉積、無電沉積、摩壓焊、氣相沉積、濺射和粉末冶金術(shù)。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到復(fù)合材料通常應(yīng)用約60%的纖維材料和約40%的基體材料。隨著第三成分如并入的碳納米管的引入，這些比例可以改變。例如，隨著加入按重量計(jì)多達(dá)約25%的碳納米管，纖維材料可以在按重量計(jì)約5%和約75%之間變化，金屬基體材料可以在按重量計(jì)約25%和約95%之間變化。如上所述，碳納米管載荷量百分比可以變化，以便實(shí)現(xiàn)期望類型的性能增強(qiáng)。例如通過改變并入到纖維材料的碳納米管的密度、改變纖維材料的量和/或改變并入到纖維材料的碳納米管的長(zhǎng)度，碳納米管載荷量百分比可以變化。在一些實(shí)施方式中，纖維材料的碳納米管的重量百分比由碳納米管的平均長(zhǎng)度決定。在一些或其它實(shí)施方式中，纖維材料的碳納米管的重量百分比進(jìn)一步由并入到纖維材料的碳納米管的覆蓋密度決定。在示例性實(shí)施方式中，小于按重量計(jì)約5%的碳納米管載荷量對(duì)于機(jī)械性能增強(qiáng)是足夠的，然而，對(duì)于導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性增強(qiáng)，通常更期望大于按重量計(jì)約5%的碳納米管載荷量。在一些實(shí)施方式中，本文所述的復(fù)合材料含有多達(dá)按重量計(jì)約10%的碳納米管。在一些實(shí)施方式中，碳納米管按重量計(jì)在復(fù)合材料的約0.I和約10%之間。在一些實(shí)施方式中，纖維材料含有按重量計(jì)多達(dá)約40%的碳納米管。在一些實(shí)施方式中，碳納米管按重量計(jì)在碳納米管并入的纖維材料的約0.5和約40%之間?？紤]到以上所述，本發(fā)明復(fù)合材料的組成可以廣泛地變化，同時(shí)仍屬于本文所闡述的本公開的精神和范圍內(nèi)。根據(jù)應(yīng)用，可以利用連續(xù)纖維、切短纖維或其組合形式的纖維材料形成本發(fā)明復(fù)合材料。在一些實(shí)施方式中，纖維材料是連續(xù)纖維或切短纖維的形式。在一些實(shí)施方式中，纖維材料是切短纖維的形式。在切短纖維的情況下，連續(xù)纖維可并入有碳納米管，如本文和申請(qǐng)人的共同未決專利申請(qǐng)中所述，然后根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的方法切割成較小的區(qū)段。在一些實(shí)施方式中，連續(xù)纖維可單獨(dú)地或者以上文所提及的織造或非織造纖維的任何排列直接分布在復(fù)合材料中。在一些實(shí)施方式中，纖維材料具有可纏繞維度。含有金屬基體和碳納米管并入的纖維材料的復(fù)合材料具有一些潛在應(yīng)用。在一些實(shí)施方式中，本文中描述了包含含有金屬基體和碳納米管并入的纖維材料的復(fù)合材料的制品。此外，碳納米管并入的傳導(dǎo)性碳纖維可用于制備超導(dǎo)體的電極。在超導(dǎo)纖維的生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)層與纖維材料的足夠粘附是有挑戰(zhàn)性的，這至少部分由于纖維材料和超導(dǎo)層不同的熱膨脹系數(shù)。在包含含有碳納米管并入的纖維材料的本發(fā)明復(fù)合材料的金屬導(dǎo)體中也實(shí)現(xiàn)了這樣的益處。本領(lǐng)域中另一困難出現(xiàn)在通過CVD方法涂覆纖維材料期間。例如，反應(yīng)性氣體(例如，氫氣或氨氣)可侵蝕纖維表面和/或在纖維表面上形成不期望的烴化合物，并使超導(dǎo)層的良好粘附更加困難。碳納米管并入的碳纖維材料可克服本領(lǐng)域中這些上述挑戰(zhàn)。如上所述，具有碳納米管并入的纖維材料的復(fù)合材料由于碳納米管的存在而可以顯示提高的耐磨性。得益于含有金屬基體和碳納米管并入的纖維材料的復(fù)合材料的存在的制品包括、但不限于制動(dòng)盤、汽車驅(qū)動(dòng)軸、工具、承軸、航空器部件和自行車車架。碳納米管的大的有效表面積使得本發(fā)明復(fù)合材料適于濾水應(yīng)用和其它提煉過程，如例如將有機(jī)油從水中分離。含有碳納米管并入的纖維材料的復(fù)合材料也可用于從瀉水臺(tái)(watertable)、儲(chǔ)水設(shè)備或家用和辦公室用在線濾器去除有機(jī)毒素。在油田技術(shù)中，本發(fā)明復(fù)合材料在鉆井設(shè)備的制造中是有用的，所述鉆井設(shè)備包括，例如管承軸(pipebearing)、管系加強(qiáng)物(pipingreinforcement)和橡膠0形圈。此夕卜，如上所述，碳納米管并入的纖維可用于同樣適用于油田的提煉過程，以從地質(zhì)層組獲得有價(jià)值的石油沉積物。例如，本發(fā)明復(fù)合材料可用于從存在充足的水和/或沙子的地層提取油或者提取更重的油，所述更重的油由于它們的高沸點(diǎn)而以其它方式難以分離。結(jié)合穿孔管道系統(tǒng)，例如，涂覆在穿孔管系上的本發(fā)明復(fù)合材料對(duì)這種重油的芯吸(wicking)可以可操作地與真空系統(tǒng)或類似物連接，以從重油和油頁(yè)巖地層中連續(xù)去除高沸餾分。而且，這樣的方法可以與本領(lǐng)域中已知的常規(guī)熱或催化裂解方法結(jié)合使用，或者替代其使用。本發(fā)明復(fù)合材料也可以增強(qiáng)航空航天和彈道應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)元件。例如，包括導(dǎo)彈前錐體，航空器機(jī)翼前緣，主要航空器結(jié)構(gòu)部件(例如，襟翼、翼面、推進(jìn)器和空氣制動(dòng)器、小飛機(jī)機(jī)身、直升機(jī)殼體和旋轉(zhuǎn)機(jī)翼)、次要航空器結(jié)構(gòu)部件(例如，地板、門、座位、空調(diào)以及副油箱)和航空器發(fā)動(dòng)機(jī)部件在內(nèi)的結(jié)構(gòu)可以受益于含有碳納米管并入的纖維材料的本發(fā)明復(fù)合材料提供的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)。許多其它應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)可以包括，例如掃雷器外殼、頭盔、罩、火箭噴嘴、救援擔(dān)架和發(fā)動(dòng)機(jī)元件。在建筑物和建筑中，外部特征的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)包括，例如柱、三角形檐飾、拱頂、上楣柱和框架。同樣地，內(nèi)部建筑增強(qiáng)包括如例如遮簾、衛(wèi)生器具、窗戶輪廓、以及類似物的結(jié)構(gòu)。在海洋工業(yè)中，結(jié)構(gòu)增強(qiáng)可包括船殼體、縱梁、桅、推進(jìn)器、舵和甲板。本發(fā)明復(fù)合材料也可在重型運(yùn)輸工業(yè)中用于大的面板中，例如用于拖車壁、有軌車的底板面板、卡車駕駛室、外部主體成型、公共汽車車體殼和貨柜。在汽車應(yīng)用中，復(fù)合材料可用于內(nèi)部部件(例如，裝飾物、座位和儀表板)、外部結(jié)構(gòu)(例如，車身板、開口、車身底部以及前和后模件)和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)艙和燃料機(jī)械區(qū)域部件(例如，軸和懸架、燃料和排氣系統(tǒng)，以及電和電子元件)。本發(fā)明復(fù)合材料的其它應(yīng)用包括，例如，橋梁建筑、鋼筋混凝土產(chǎn)品(例如，銷釘、鋼筋、后張和預(yù)壓鋼筋束)、永久框架、電力傳輸和分布結(jié)構(gòu)(例如，多用柱、傳送柱、和十字臂)、公路安全和路旁特征(例如，標(biāo)識(shí)支柱、護(hù)欄、柱和支柱)、噪聲屏障、城市管道和儲(chǔ)存罐。本發(fā)明復(fù)合材料也可用于各種休閑設(shè)備，如滑水橇和滑雪橇、自行車、皮艇、獨(dú)木船和劃槳、滑雪板、高爾夫俱樂部桿、高爾夫球車、釣魚竿和游泳池。其它生活消費(fèi)品和商業(yè)設(shè)備包括，例如齒輪、鍋、住宅、氣體壓力瓶、家用電器(例如，洗滌器、洗衣機(jī)筒、干衣機(jī)、廢物處理裝置、空調(diào)和加濕器)的零件。碳納米管并入的纖維材料的電性能也可影響各種能量和電應(yīng)用。例如，本發(fā)明復(fù)合材料被用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片、太陽(yáng)能結(jié)構(gòu)、電子封裝件(例如，便攜式電腦、手機(jī)、計(jì)算機(jī)柜，其中并入的碳納米管可用于提供EMI屏蔽)。其它應(yīng)用包括電力線(powerlines)、冷卻裝置、燈桿、電路板、電聯(lián)接盒、梯欄桿、光纖、建造在結(jié)構(gòu)中的電力(power)諸如數(shù)據(jù)線、計(jì)算機(jī)終端機(jī)座、和商業(yè)設(shè)備(例如，復(fù)印機(jī)、收銀機(jī)和郵政設(shè)備)。在其它各種實(shí)施方式中，在本文描述了制造含有金屬基體和碳納米管并入的纖維材料的復(fù)合材料的方法。在一些實(shí)施方式中，方法包括提供碳納米管并入的纖維材料，和將碳納米管并入的纖維材料結(jié)合到金屬基體中。在一些實(shí)施方式中，將碳納米管并入的纖維材料結(jié)合到金屬基體中通過以下技術(shù)發(fā)生，所述技術(shù)，如例如鑄造、模壓鑄造、熱壓成形、液態(tài)金屬滲透、熔紡、熱噴霧沉積、電解沉積、非電解沉積、摩壓焊、氣相沉積、濺射或粉末冶金。在方法的各個(gè)實(shí)施方式中，在碳納米管并入的纖維材料被并入其中時(shí)，金屬基體為液態(tài)。在一些實(shí)施方式中，方法還包括將碳納米管并入的纖維材料結(jié)合到其中之后使金屬基體凝固。在一些實(shí)施方式中，本發(fā)明方法的金屬基體可以是，例如鋁、鎂、銅、鈷、鎳及其混合物。在一些實(shí)施方式中，金屬基體還包括至少一種增加金屬基體與碳納米管并入的纖維材料的相容性的添加劑。在一些實(shí)施方式中，該至少一種添加劑與碳納米管并入的纖維材料的碳納米管反應(yīng)，以在金屬基體和碳納米管并入的纖維材料的界面處形成碳化物產(chǎn)物。如上所述，在這樣的實(shí)施方式中，碳化物產(chǎn)物不含有金屬基體的所述至少一種金屬。在一些實(shí)施方式中，方法進(jìn)一步包括用鈍化層涂覆至少部分碳納米管并入的纖維材料。在一些實(shí)施方式中，也用鈍化層涂覆碳納米管。在一些實(shí)施方式中，鈍化層可以通過如例如，電鍍或化學(xué)氣相沉積的技術(shù)進(jìn)行沉積。示例性鈍化層包括，例如鎳、二硼化鈦、鉻、鎂、鈦、銀和錫。通常，任何傳統(tǒng)的隔離涂層可被用作鈍化層，包括上漿劑，如例如二氧化硅-和氧化鋁基涂層。在一些實(shí)施方式中，方法進(jìn)一步包括使復(fù)合材料致密化。示例性的致密化方法對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說是已知的，包括例如壓縮、燒結(jié)和電流激活壓力輔助(current-activatedpressureassisted)致密化。致密化特別有益于本發(fā)明復(fù)合材料的裝甲應(yīng)用，以提高其抗沖擊性。在方法的一些實(shí)施方式中，碳納米管并入的纖維材料在金屬基體中均勻分布。在其它實(shí)施方式中，碳納米管并入的纖維材料在金屬基體中不均勻分布。在一些實(shí)施方式中，不均勻分布可以是在金屬基體中的梯度分布。在方法的一些實(shí)施方式中，碳納米管并入的纖維材料包括具有第長(zhǎng)度碳納米管的第一部分碳納米管并入的纖維材料和具有第二長(zhǎng)度碳納米管的第二部分碳納米管并入的纖維材料。第一部分結(jié)合在金屬基體的第一區(qū)域和金屬基體的第二部分中。如上所述，碳納米管并入的纖維材料的這種排列可以將不同的結(jié)構(gòu)、電或熱性能傳送到金屬基體的不同區(qū)域中。在方法的一些實(shí)施方式中，纖維材料是切短的纖維。在其它實(shí)施方式中，纖維材料是連續(xù)纖維材料。在一些實(shí)施方式中，切短的纖維和連續(xù)纖維的混合物被應(yīng)用在本發(fā)明復(fù)合材料中。本文所公開的實(shí)施方式提供碳納米管并入的纖維，其容易通過美國(guó)專利申請(qǐng)12/611，073、12/611，101和12/611，103中描述的方法進(jìn)行制備，每一個(gè)所述專利申請(qǐng)通過引用其整體被并入本文。為了將碳納米管并入到纖維材料，在纖維材料上直接合成碳納米管。在一些實(shí)施方式中，這通過首先將碳納米管形成催化劑布置在纖維材料上來完成。在該催化劑沉積之前，可以進(jìn)行一些預(yù)制過程。在一些實(shí)施方式中，纖維材料可以任選地用等離子體處理，以制備接受催化劑的表面。例如，等離子體處理的玻璃纖維材料可以提供粗糙的玻璃纖維表面，其中可以沉積碳納米管形成催化劑。在一些實(shí)施方式中，等離子體也用于“清潔”纖維表面。用于使纖維表面“粗糙化”的等離子體方法因此促進(jìn)催化劑沉積。粗糙度典型地是在納米級(jí)別。在等離子體處理方法中，形成納米深度和納米直徑的凹坑(craters)或者凹陷(depressions)。使用各種不同氣體的任何一種或者多種的等離子體，包括但不限于氬氣、氦氣、氧氣、氨氣、氮?dú)夂蜌錃?，可?shí)現(xiàn)這種表面改性。在一些實(shí)施方式中，在采用的纖維材料具有與其結(jié)合的上漿材料的情況下，這種上漿可以任選地在催化劑沉積之前被去除。任選地，上漿材料可以在催化劑沉積之后被去除。在一些實(shí)施方式中，可以在碳納米管合成期間完成上漿材料的去除，或者就在預(yù)熱步驟中碳納米管合成之前完成上漿材料的去除。在其它實(shí)施方式中，一些上漿劑可以保留在整個(gè)碳納米管合成過程中。在碳納米管形成催化劑沉積之前或沉積的同時(shí)，另一任選步驟是將隔離涂層施用到纖維材料。隔離涂層是被設(shè)計(jì)來保護(hù)靈敏纖維材料，如碳纖維、有機(jī)纖維、金屬纖維等等的完整性的材料。這樣的隔離涂層可以包括，例如烷氧基硅烷、鋁氧烷、氧化鋁納米顆粒、旋涂玻璃和玻璃納米顆粒。在一個(gè)實(shí)施方式中，碳納米管形成催化劑可以加入到未固化隔離涂層材料中，然后一起施用到纖維材料。在其它實(shí)施方式中，可以在碳納米管形成催化劑沉積之前將隔離涂層材料加入到纖維材料中。在這樣的實(shí)施方式中，隔離涂層可以在催化劑沉積之前部分地固化。隔離涂層材料可以具有足夠薄的厚度，以允許碳納米管形成催化劑暴露于碳原料氣，用于隨后的CVD生長(zhǎng)。在一些實(shí)施方式中，隔離涂層厚度小于或約等于碳納米管形成催化劑的有效直徑。一旦碳納米管形成催化劑和隔離涂層在適當(dāng)?shù)奈恢茫綦x涂層可以被充分固化。在一些實(shí)施方式中，隔離涂層的厚度可以大于碳納米管形成催化劑的有效直徑，只要它仍允許碳納米管原料氣接近催化劑位置。這樣的隔離涂層可以是足夠多孔的，以允許碳原料氣接近碳納米管形成催化劑。不受理論限制，隔離涂層可用作纖維材料和碳納米管之間的中間層，并且也有助于機(jī)械地將碳納米管并入到纖維材料。這樣的機(jī)械并入提供堅(jiān)固的系統(tǒng)，其中纖維材料仍充當(dāng)組織碳納米管的平臺(tái)，并且用隔離涂層進(jìn)行機(jī)械并入的益處類似于上文描述的間接型并入。而且，包含隔離涂層的益處是直接保護(hù)，它使纖維材料免受由于暴露于濕氣而造成的化學(xué)損害和/或由于在用于提高碳納米管生長(zhǎng)的溫度下加熱纖維材料而造成的任何熱損害。如以下進(jìn)一步描述的，碳納米管形成催化劑可以被制備為液體溶液，所述液體溶液含有作為過渡金屬納米顆粒的碳納米管形成催化劑。合成的碳納米管的直徑與上述過渡金屬納米顆粒的尺寸有關(guān)。碳納米管合成可以基于在高溫度下發(fā)生的化學(xué)氣相沉積(CVD)方法。具體溫度是催化劑選擇的函數(shù)，但是典型地在大約500至1000°C的范圍內(nèi)。因此，碳納米管合成包括將纖維材料加熱到上述范圍內(nèi)的溫度，以支持碳納米管生長(zhǎng)。然后進(jìn)行負(fù)載催化劑的纖維材料上的CVD-促進(jìn)的碳納米管生長(zhǎng)。CVD方法可被例如含碳原料氣體，如乙炔、乙烯和/或乙醇促進(jìn)。碳納米管合成方法一般使用惰性氣體(氮?dú)?、氬氣?或氦氣)作為主要的載體氣體。通常，提供的含碳原料氣體的范圍為全部混合物的大約0%至大約15%之間。通過從生長(zhǎng)室中清除濕氣和氧氣，可以制備CVD生長(zhǎng)的基本惰性環(huán)境。在碳納米管合成過程中，碳納米管在對(duì)于碳納米管生長(zhǎng)可操作的過渡金屬催化納米顆粒的位置生長(zhǎng)。強(qiáng)的等離子體產(chǎn)生電場(chǎng)的存在可被任選地用于影響碳納米管生長(zhǎng)。即，生長(zhǎng)趨于沿電場(chǎng)的方向。通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)整等離子體噴射和電場(chǎng)的幾何形狀，垂直排列的碳納米管(即，垂直于纖維材料的縱軸)可被合成。在某些條件下，甚至在等離子體不存在的情況下，緊密間隔的納米管也能保持基本垂直的生長(zhǎng)方向，導(dǎo)致類似于地毯或者森林的碳納米管密集排列。通過噴射或者浸涂溶液或者通過例如等離子體方法的氣相沉積，可完成在纖維材料上布置催化納米顆粒的操作。因此，在一些實(shí)施方式中，在溶劑中形成催化劑溶液之后，可以通過用該溶液噴涂或者浸涂纖維材料或者噴涂和浸涂的組合，施用催化劑。單獨(dú)或者組合使用的任一技術(shù)可被使用一次、兩次、三次、四次、多達(dá)很多次，以提供用催化納米顆粒充分均勻地涂布的纖維材料，所述催化納米顆粒對(duì)于碳納米管的形成是可操作的。當(dāng)應(yīng)用浸涂時(shí)，例如纖維材料可置于第一浸潰浴中，在第一浸潰浴中持續(xù)第一停留時(shí)間。當(dāng)應(yīng)用第二浸潰浴時(shí)，纖維材料可置于第二浸潰浴中，持續(xù)第二停留時(shí)間。例如，碳纖維材料可經(jīng)歷碳納米管形成催化劑的溶液大約3秒至大約90秒，這取決于浸潰配置和線速度。使用噴涂或者浸涂方法，可以獲得具有低于大約5%表面覆蓋率至高達(dá)大約80%覆蓋率的催化劑表面密度的纖維材料。在較高表面密度(例如約80%)下，碳納米管形成催化劑納米顆粒幾乎是單層。在一些實(shí)施方式中，在纖維材料上涂布碳納米管形成催化劑的方法只是產(chǎn)生單層。例如，在碳納米管形成催化劑堆上的碳納米管生長(zhǎng)可以損害碳納米管并入至纖維材料的程度。在其它實(shí)施方式中，使用蒸發(fā)技術(shù)、電解沉積技術(shù)和本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其它方法，如將過渡金屬催化劑作為金屬有機(jī)物、金屬鹽或者其它促進(jìn)氣相運(yùn)輸?shù)慕M分加入等離子體原料氣，可以將過渡金屬催化納米顆粒沉積在纖維材料上。因?yàn)橹圃焯技{米管并入的纖維的方法被設(shè)計(jì)為連續(xù)的，所以可以在一系列的浴中浸涂可纏繞纖維材料，其中浸涂浴在空間上是分開的。在從頭產(chǎn)生初始纖維一如從爐中新形成的玻璃纖維一的連續(xù)方法中，浸潰浴或者碳納米管形成催化的噴涂可以是充分冷卻新形成的纖維材料之后的第一個(gè)步驟。在一些實(shí)施方式中，可以用其中分布碳納米管形成催化劑顆粒的水噴流冷卻來完成玻璃纖維的冷卻。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)在連續(xù)方法中生產(chǎn)纖維并將其并入有碳納米管時(shí)，可以代替上漿進(jìn)行碳納米管形成催化劑的施用。在其它實(shí)施方式中，在其它上漿劑存在的情況下，碳納米管形成催化劑可施用于新形成的纖維。碳納米管形成催化劑和其它上漿劑的這種同時(shí)施用可使碳納米管形成催化劑與纖維材料表面接觸，以保證碳納米管的并入。在再進(jìn)一步的實(shí)施方式中，碳納米管形成催化劑可以通過噴涂或浸涂施用到初始纖維，同時(shí)，纖維材料處于充分軟化的狀態(tài)，例如，接近或低于退火溫度，以便碳納米管形成催化劑稍微嵌入纖維材料表面。例如，當(dāng)將碳納米管形成催化劑沉積在熱玻璃纖維材料上時(shí)，應(yīng)該注意，不要超過碳納米管形成催化劑的熔點(diǎn)，從而引起納米顆粒熔融并失去對(duì)碳納米管特征(例如，直徑)的控制。碳納米管形成催化劑溶液可以是任意d-區(qū)過渡金屬的過渡金屬納米顆粒溶液。另外，納米顆?？梢园ㄔ匦问?、鹽形式及其混合形式的d-區(qū)金屬的合金和非合金混合物。這樣的鹽形式包括但不限于氧化物、碳化物和氮化物、醋酸鹽、硝酸鹽等等。非限制性的示例性過渡金屬納米顆粒包括，例如，Ni、Fe、Co、Mo、Cu、Pt、Au和Ag及其鹽以及其混合物。在一些實(shí)施方式中，通過將碳納米管形成催化劑直接施用或并入到纖維材料，將這樣的碳納米管形成催化劑布置在纖維材料上?？扇菀椎貜母鱾€(gè)供應(yīng)商，包括例如FerrotecCorporation(Bedford,NH),商業(yè)購(gòu)得多種納米顆粒過渡金屬催化劑。用于將碳納米管形成催化劑施用到纖維材料的催化劑溶液可以在任何普通的溶劑中，該溶劑允許碳納米管形成催化劑均勻地到處分散。這種溶劑可包括但不限于，水、丙酮、己烷、異丙醇、甲苯、乙醇、甲醇、四氫呋喃(THF)、環(huán)己烷或者任何其他溶劑，該其他溶劑具有控制的極性以產(chǎn)生碳納米管形成催化納米顆粒的適當(dāng)分散體。碳納米管形成催化劑在催化劑溶液中的濃度可在大約I:I至I:10000的催化劑比溶劑的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施方式中，將碳納米管形成催化劑施用到纖維材料之后，纖維材料可以任選地被加熱到軟化溫度。該步驟可有助于將碳納米管形成催化劑嵌入纖維材料的表面，以促進(jìn)接種生長(zhǎng)并防止催化劑使生長(zhǎng)中的碳納米管漂浮在前沿頂端的頂端生長(zhǎng)。在一些實(shí)施方式中，將碳納米管形成催化劑布置在纖維材料上之后纖維材料的加熱可以在約500°C和約1000°C之間的溫度。加熱到可用于碳納米管生長(zhǎng)的這樣的溫度可用來去除纖維材料上任何預(yù)先存在的上漿劑，允許碳納米管形成催化劑直接沉積在纖維材料上。在一些實(shí)施方式中，也可以在加熱之前將碳納米管形成催化劑置于上漿涂層的表面。加熱步驟可用于去除上漿材料，同時(shí)使碳納米管形成催化劑布置在纖維材料的表面。可以在引入用于碳納米管生長(zhǎng)的含碳原料氣體之前或基本上同時(shí)，在這些溫度下進(jìn)行加熱。在一些實(shí)施方式中，將碳納米管并入纖維材料的方法包括從纖維材料中去除上漿齊U，去除上漿后將碳納米管形成催化劑施用到纖維材料，將纖維材料加熱到至少約500°c和在纖維材料上合成碳納米管。在一些實(shí)施方式中，碳納米管并入方法的操作包括從纖維材料中去除上漿，將碳納米管形成催化劑施用到纖維材料，將纖維材料加熱到適于碳納米管合成的溫度和將碳等離子體噴涂到負(fù)載催化劑的纖維材料上。因此，在商業(yè)纖維材料被應(yīng)用的情況下，構(gòu)造碳納米管并入的纖維的方法可以包括在纖維材料上布置催化劑之前從纖維材料去除上漿的獨(dú)立步驟。一些商業(yè)上漿材料——如果存在——可以防止碳納米管形成催化劑與纖維材料的表面接觸，并抑制碳納米管并入到纖維材料。在一些實(shí)施方式中，在碳納米管合成條件下確保上漿去除的情況下，可以在碳納米管形成催化劑沉積之后，但剛好在提供含碳原料氣體之前或期間進(jìn)行上漿的去除。合成碳納米管的步驟可以包括形成碳納米管的各種技術(shù)，包括但不限于微腔、熱或者等離子體增強(qiáng)的CVD技術(shù)、激光燒蝕、弧光放電和高壓一氧化碳(HiPCO)。尤其地，在CVD期間，可以直接使用上面布置碳納米管形成催化劑的上漿的纖維材料。在一些實(shí)施方式中，任何常規(guī)上漿劑均可在碳納米管合成期間被去除。在一些實(shí)施方式中，其它上漿劑未被去除，但由于含碳原料氣體通過上漿的擴(kuò)散而并不阻礙碳納米管合成和并入到纖維材料。在一些實(shí)施方式中，乙炔氣體被電離以產(chǎn)生碳納米管合成用冷碳等離子體噴流。該等離子體被引導(dǎo)向負(fù)載催化劑的纖維材料。因此，在一些實(shí)施方式中，在纖維材料上合成碳納米管包括(a)形成碳等離子體；和(b)引導(dǎo)碳等離子體至布置在纖維材料上的催化劑上。生長(zhǎng)的碳納米管的直徑由碳納米管形成催化劑的尺寸控制。在一些實(shí)施方式中，上漿的纖維材料被加熱至大約550°C至大約800°C之間以促進(jìn)碳納米管合成。為引發(fā)碳納米管的生長(zhǎng)，兩種或多種氣體被釋放入反應(yīng)器惰性載體氣體(例如，氬氣、氦氣或者氮?dú)?和含碳原料氣體(例如，乙炔、乙烯、乙醇或者甲烷)。碳納米管在碳納米管形成催化劑的位置生長(zhǎng)。在一些實(shí)施方式中，CVD生長(zhǎng)可以是等離子體增強(qiáng)的。通過在生長(zhǎng)過程期間提供電場(chǎng)，可產(chǎn)生等離子體。在這些條件下生長(zhǎng)的碳納米管可以沿電場(chǎng)的方向。因此，通過調(diào)整反應(yīng)器的幾何形狀，垂直排列的碳納米管可以在碳納米管垂直于纖維材料的縱軸的地方生長(zhǎng)(即，放射狀生長(zhǎng))。在一些實(shí)施方式中，并不需要等離子體繞纖維材料的放射狀生長(zhǎng)。對(duì)于具有明顯的側(cè)面的纖維材料，如例如帶材、墊、織物、板片以及類似物，碳納米管形成催化劑可被布置在纖維材料的一個(gè)或者兩個(gè)側(cè)面上。相應(yīng)地，在這樣的條件下，碳納米管也可在纖維材料的一個(gè)或者兩個(gè)側(cè)面上生長(zhǎng)。如上所述，以足以提供連續(xù)過程使碳納米管并入可纏繞纖維材料的速度進(jìn)行碳納米管合成。許多設(shè)備構(gòu)造有利于這種連續(xù)的合成，如以下所示例的。在一些實(shí)施方式中，可以以“全等離子體(all-plasma)”方法制備碳納米管并入的纖維材料。在這樣的實(shí)施方式中，纖維材料經(jīng)過許多等離子體介導(dǎo)的步驟，以形成最終的碳納米管并入的纖維材料。等離子體方法首先可以包括纖維表面改性的步驟。這是纖維材料的表面“粗糙化”以促進(jìn)催化劑沉積的等離子體方法一如上所述。同樣如上所述，使用各種不同氣體的任何一種或者更多種的等離子體，包括但不限于氬氣、氦氣、氧氣、氨氣、氫氣和氮?dú)?，可以?shí)現(xiàn)表面改性。在表面改性之后，纖維材料進(jìn)行催化劑施用。在本發(fā)明的全等離子體方法中，該步驟是用于在纖維材料上沉積碳納米管形成催化劑的等離子體方法。碳納米管形成催化劑通常是上述過渡金屬。過渡金屬催化劑可被加入等離子體原料氣體作為非限制性形式的前體，包括例如，鐵磁流體、金屬有機(jī)物、金屬鹽、其混合物或適于促進(jìn)氣相運(yùn)輸?shù)娜魏纹渌M分?？稍谑覝叵轮車h(huán)境中施用碳納米管形成催化劑，既不需要真空也不需要惰性氣氛。在一些實(shí)施方式中，纖維材料在催化劑施用之前被冷卻。繼續(xù)全等離子體方法，碳納米管合成發(fā)生在碳納米管生長(zhǎng)反應(yīng)器中。通過使用等離子體增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積，可以實(shí)現(xiàn)碳納米管生長(zhǎng)，其中碳等離子體被噴涂至負(fù)載催化劑的纖維上。因?yàn)樘技{米管生長(zhǎng)發(fā)生在高溫(取決于催化劑，典型地在大約500°C至約1000°C的范圍)下，因此在暴露于碳等離子體之前，負(fù)載催化劑的纖維可被加熱。對(duì)于碳納米管并入方法，纖維材料可任選地被加熱直到發(fā)生軟化。在加熱之后，纖維材料易于接收碳等離子體。例如，通過使含碳原料氣體，如例如，乙炔、乙烯、乙醇等等經(jīng)過能夠使氣體電離的電場(chǎng)，產(chǎn)生碳等離子體。經(jīng)過噴嘴，該冷的碳等離子體被引導(dǎo)至纖維材料。纖維材料可以非常接近于噴嘴，諸如在噴嘴的大約I厘米之內(nèi)，以接收等離子體。在一些實(shí)施方式中，力口熱器被布置于等離子體噴涂器處的纖維材料上，以保持纖維材料的高溫。連續(xù)碳納米管合成的另外的構(gòu)造包括直接在纖維材料上合成和生長(zhǎng)碳納米管的特定矩形反應(yīng)器。該反應(yīng)器可被設(shè)計(jì)用于產(chǎn)生碳納米管并入的纖維材料的連續(xù)流線(in-line)方法中。在一些實(shí)施方式中，通過CVD方法在大氣壓下以及在約550°C和約800°C范圍的高溫下在多區(qū)域反應(yīng)器中生長(zhǎng)碳納米管。碳納米管合成發(fā)生在大氣壓下的事實(shí)是有利于將反應(yīng)器結(jié)合入用于碳納米管并入纖維材料的連續(xù)處理生產(chǎn)線的一個(gè)因素。與使用這種區(qū)域反應(yīng)器的流線連續(xù)處理相符的另外的優(yōu)勢(shì)是碳納米管生長(zhǎng)在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生，與在本領(lǐng)域典型的其他程序和設(shè)備構(gòu)造中的幾分鐘(或者更長(zhǎng))不同。根據(jù)各個(gè)實(shí)施方式的碳納米管合成反應(yīng)器包括以下特征矩形構(gòu)造的合成反應(yīng)器本領(lǐng)域已知的典型碳納米管合成反應(yīng)器的橫截面是圓形的。對(duì)此有許多原因，包括例如歷史的原因(例如，在實(shí)驗(yàn)室中經(jīng)常使用圓柱形反應(yīng)器)和方便(例如，在圓柱形反應(yīng)器中容易模擬流體動(dòng)力學(xué)，加熱器系統(tǒng)容易接受圓形的管(例如，石英，等等)，并且易于制造。背離圓柱形的慣例，本公開提供具有矩形橫截面的碳納米管合成反應(yīng)器。背離的原因至少包括如下I)反應(yīng)器體積的低效利用。因?yàn)榭捎煞磻?yīng)器處理的許多纖維材料是相對(duì)平的(例如，平的帶材、類似薄片的形式或伸展的絲束或粗紗)，因此圓形橫截面是反應(yīng)器體積的低效利用。這種低效導(dǎo)致圓柱形碳納米管合成反應(yīng)器的若干缺點(diǎn)，包括例如，a)保持充分的系統(tǒng)凈化；增加的反應(yīng)器體積需要增加的氣流速以保持相同水平的氣體凈化，這導(dǎo)致在開放的環(huán)境中大量生產(chǎn)碳納米管的低效率；b)增加的含碳原料氣體流速；按照上述的a)，用于系統(tǒng)凈化的惰性氣體流的相對(duì)增加需要增加的含碳原料氣體流速?？紤]示例性12K玻璃纖維粗紗的體積比具有矩形橫截面的合成反應(yīng)器的總體積小2000倍。在相等的圓柱形反應(yīng)器(即，其寬度容納與矩形橫截面反應(yīng)器相同的平面玻璃纖維材料的圓柱形反應(yīng)器)中，玻璃纖維材料的體積比反應(yīng)器的體積小17，500倍。盡管氣相沉積過程，如CVD典型地僅由壓力和溫度控制，但體積對(duì)沉積的效率具有顯著影響。用矩形反應(yīng)器，仍有過量的體積。并且該過量的體積促進(jìn)不需要的反應(yīng)。然而，圓柱形反應(yīng)器的體積是可用于促進(jìn)不需要的反應(yīng)的體積的大約8倍。由于這種更多的發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)的機(jī)會(huì)，在圓柱形反應(yīng)器室中，期望的反應(yīng)更慢地有效地發(fā)生。對(duì)于連續(xù)生長(zhǎng)方法的進(jìn)行，碳納米管生長(zhǎng)的這種減慢是有問題的。矩形反應(yīng)器構(gòu)造的另外的益處是還可以通過針對(duì)矩形室使用小高度進(jìn)一步減小反應(yīng)器體積，使得該體積比更好以及反應(yīng)更加有效。在本文所公開的一些實(shí)施方式中，矩形合成反應(yīng)器的總體積大于經(jīng)過合成反應(yīng)器的纖維材料總體積不超過約3000倍。在一些進(jìn)一步的實(shí)施方式中，矩形合成反應(yīng)器的總體積大于經(jīng)過合成反應(yīng)器的纖維材料總體積不超過約4000倍。在一些仍進(jìn)一步的實(shí)施方式中，矩形合成反應(yīng)器的總體積大于經(jīng)過合成反應(yīng)器的纖維材料總體積大不超過約10，000倍。另外，明顯的是，當(dāng)使用圓柱形反應(yīng)器時(shí)，與具有矩形橫截面的反應(yīng)器相比，需要更多的含碳原料氣體，以提供相同的流量百分?jǐn)?shù)。應(yīng)當(dāng)理解，在一些其他實(shí)施方式中，合成反應(yīng)器具有由這樣的多邊形形式描述的橫截面，該多邊形形式不是矩形但與其比較類似，并且相對(duì)于具有圓形橫截面的反應(yīng)器其提供反應(yīng)器體積的相似減??；和c)有問題的溫度分布；當(dāng)使用相對(duì)小直徑的反應(yīng)器時(shí)，從室的中心至其壁的溫度梯度是最小的，但對(duì)于增大的反應(yīng)器尺寸，如可用于商業(yè)規(guī)模生產(chǎn)，這樣的溫度梯度增加。溫度梯度導(dǎo)致纖維材料上產(chǎn)品質(zhì)量變化(即，產(chǎn)品質(zhì)量作為徑向位置的函數(shù)變化)。當(dāng)使用具有矩形橫截面的反應(yīng)器時(shí)，該問題基本被避免。尤其地，當(dāng)使用平的基底時(shí)，反應(yīng)器高度可隨基底的尺寸按比例增大而保持不變。反應(yīng)器的頂部和底部之間的溫度梯度基本上可被忽略，并且因此，避免了發(fā)生的熱問題和產(chǎn)品質(zhì)量變化。2)氣體引入。因?yàn)樵诒绢I(lǐng)域中通常使用管式爐，典型的碳納米管合成反應(yīng)器在一端引入氣體并且將其經(jīng)過反應(yīng)器吸至另一端。在本文公開的一些實(shí)施方式中，氣體可被對(duì)稱地引入反應(yīng)器的中心或者目標(biāo)生長(zhǎng)區(qū)域之內(nèi)，這或者通過側(cè)面或者通過反應(yīng)器的頂部和底部板。這提高了總的碳納米管生長(zhǎng)速度，因?yàn)樵谙到y(tǒng)的最熱部分——碳納米管生長(zhǎng)最活躍的位置，引入的原料氣體連續(xù)地補(bǔ)充。分區(qū)。供相對(duì)冷的凈化區(qū)域的室從矩形合成反應(yīng)器的兩端延伸。申請(qǐng)人已確定，如果熱的氣體與外部環(huán)境(即，矩形反應(yīng)器的外部)混合，纖維材料的降解會(huì)增加。冷的凈化區(qū)域提供內(nèi)部系統(tǒng)和外部環(huán)境之間的緩沖。本領(lǐng)域已知的碳納米管合成反應(yīng)器構(gòu)造通常需要基底被小心地(并且緩慢地)冷卻。在本發(fā)明的矩形碳納米管生長(zhǎng)反應(yīng)器的出口處的冷的凈化區(qū)域在短的時(shí)間段內(nèi)達(dá)到冷卻一如連續(xù)的流線處理所要求的。非接觸、熱壁的、金屬性反應(yīng)器。在一些實(shí)施方式中，應(yīng)用金屬性熱壁反應(yīng)器(例如，不銹鋼)。該類型反應(yīng)器的使用可能似乎有悖常理，因?yàn)榻饘伲绕涫遣讳P鋼，更容易發(fā)生碳沉積(即，形成煙灰和副產(chǎn)物)。因此，大部分碳納米管合成反應(yīng)器由石英制成，因?yàn)樘汲练e較少，石英容易清潔，并且石英有利于樣品觀察。然而，申請(qǐng)人已觀察到，不銹鋼上增加的煙灰和碳沉積導(dǎo)致更加一致的、更有效的、更快的和更穩(wěn)定的碳納米管生長(zhǎng)。不被理論束縛，已指出，結(jié)合常壓操作，發(fā)生在反應(yīng)器中的CVD方法是擴(kuò)散有限的。即，碳納米管形成催化劑是“過量供給的”，由于其相對(duì)更高的分壓(比起假設(shè)在部分真空下操作反應(yīng)器)，在反應(yīng)器系統(tǒng)中太多的碳可利用。因此，在開放的系統(tǒng)中——尤其在清潔的系統(tǒng)中一太多的碳可粘附至碳納米管形成催化劑顆粒上，減弱其合成碳納米管的能力。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)反應(yīng)器是“臟的”時(shí)，即在金屬性反應(yīng)器壁上具有沉積的煙灰時(shí)，有意地運(yùn)轉(zhuǎn)矩形反應(yīng)器。一旦碳沉積到反應(yīng)器壁上的單層上，碳將易于在其本身上沉積。因?yàn)橛捎谠摍C(jī)制一些可用的碳被“收回”，以基團(tuán)形式剩余的碳原料以不使催化劑中毒的速度與碳納米管形成催化劑進(jìn)行反應(yīng)?，F(xiàn)有系統(tǒng)“干凈地”運(yùn)轉(zhuǎn)，如果將其打開用于連續(xù)的處理，其會(huì)以減小的生長(zhǎng)速度產(chǎn)生低得多的碳納米管的產(chǎn)率。盡管進(jìn)行如上所述的“臟的”碳納米管合成一般是有益的，但設(shè)備的某些部分(例如，氣體集合管和入口)在煙灰形成阻塞時(shí)可消極地影響碳納米管生長(zhǎng)過程。為了解決該問題，可用抑制煙灰的涂料如例如，二氧化硅、氧化鋁或者M(jìn)gO保護(hù)碳納米管生長(zhǎng)反應(yīng)室的這些區(qū)域。實(shí)踐中，設(shè)備的這些部分可被浸涂在這些抑制煙灰的涂料中。金屬，如INVAR可與這些涂料一起使用，因?yàn)镮NVAR具有相似的CTE(熱膨脹系數(shù))，這在更高的溫度保證涂層的適當(dāng)粘附力，防止煙灰顯著地聚集在關(guān)鍵區(qū)域。結(jié)合的催化劑還原和碳納米管合成。在本文公開的碳納米管合成反應(yīng)器中，催化劑還原和碳納米管生長(zhǎng)都發(fā)生在反應(yīng)器內(nèi)。這是重要的，因?yàn)槿绻鳛閱为?dú)的操作進(jìn)行，還原步驟不能足夠及時(shí)完成用于連續(xù)的方法。在本領(lǐng)域已知的典型的方法中，還原步驟通常需要1-12小時(shí)來進(jìn)行。根據(jù)本本公開，兩種操作都發(fā)生在反應(yīng)器中，這至少部分地是由于含碳原料氣體被引入反應(yīng)器的中心而不是末端的事實(shí)，碳原料氣體被引入末端在使用圓柱形反應(yīng)器的技術(shù)中是典型的。當(dāng)纖維材料進(jìn)入加熱的區(qū)域時(shí)發(fā)生還原過程。在此時(shí)，氣體已有時(shí)間與壁進(jìn)行反應(yīng)，并且在還原催化劑(通過氫基團(tuán)相互作用)之前冷卻。正是在該過渡區(qū)域發(fā)生還原。在系統(tǒng)中最熱的等溫區(qū)域，發(fā)生碳納米管生長(zhǎng)，最大生長(zhǎng)速度出現(xiàn)在接近反應(yīng)器中心附近的氣體入口。在一些實(shí)施方式中，當(dāng)應(yīng)用松散連接的纖維材料——包括例如絲束或粗紗(例如，作為玻璃粗紗)時(shí)，連續(xù)的方法可以包括展開絲束或粗紗的線股和/或絲的步驟。因此，當(dāng)絲束或粗紗被打開時(shí)，例如，使用基于真空的纖維伸展系統(tǒng)，其可被伸展。當(dāng)使用例如可能相對(duì)硬的上漿的玻璃纖維粗紗時(shí)，可應(yīng)用額外的加熱以使粗紗“軟化”，促進(jìn)纖維伸展。包括單獨(dú)的絲的伸展纖維可被充分地伸展開，以暴露絲的全部表面積，從而允許粗紗在隨后的方法步驟中更加有效地反應(yīng)。例如，伸展的絲束或粗紗可以經(jīng)過表面處理步驟，該步驟由如上所述的等離子體系統(tǒng)組成。然后，粗糙化的伸展纖維可以經(jīng)過碳納米管形成催化劑浸潰浴。結(jié)果是玻璃粗紗的纖維，其具有放射狀地分布在其表面上的催化劑顆粒。然后，粗紗的負(fù)載催化劑的纖維進(jìn)入適當(dāng)?shù)奶技{米管生長(zhǎng)室，如上述矩形室，其中經(jīng)過大氣壓CVD或者等離子體增強(qiáng)的CVD方法的流被用于以高達(dá)每秒鐘數(shù)微米的速度合成碳納米管。現(xiàn)在具有放射狀地排列的碳納米管的粗紗纖維退出碳納米管生長(zhǎng)反應(yīng)器。應(yīng)該理解，基本不影響本發(fā)明各種實(shí)施方式的活性的改進(jìn)也被包括在本文提供的本發(fā)明定義范圍內(nèi)。因此，下列實(shí)施例意欲闡明而并非限制本發(fā)明。實(shí)施例I:具有降低的熱膨脹系數(shù)的鋁金屬基體復(fù)合材料的形成。鋁金屬基體復(fù)合材料通過碳納米管并入的碳纖維的液態(tài)金屬壓滲而被制備。碳纖維為Grafil,Inc.(Sacramento,CA)34-700，12k絲，其并入有通過上述連續(xù)并入方法制備的平均長(zhǎng)度為55的碳納米管。金屬基體復(fù)合材料在壓力密封室中被制備，該室包括加熱的滲透容器(infiltrationvessel),模型放置在底部。碳納米管并入的碳纖維以單向排列放置在模型底部，以制備測(cè)試磚。鋁源被放置在模型中碳納米管并入的碳纖維的頂部。鋁源是鋁合金A1413，其組成為Al12Si2FeCua5Nia5Zna35Mru對(duì)室應(yīng)用真空，并將滲透容器加熱到675°C，以融化在碳納米管并入的碳纖維頂部的鋁合金。隨著鋁合金熔化，通過氮?dú)馓峁┑?500psi的壓力被用于使鋁合金滲透到碳納米管并入的碳纖維中，以形成6.75”X3.0”X0.55”測(cè)試磚。所得碳納米管并入的纖維材料鋁合金復(fù)合材料35-100°C的平均熱膨脹系數(shù)厚度上為18.64ppm/°C，而平面上為7.57ppm/°C。圖4顯示碳納米管并入的纖維材料鋁合金復(fù)合材料的示例性SEM圖。如上所述，可以通過使硅包含在鋁金屬基體中來改進(jìn)方法，以在碳納米管并入的纖維材料和金屬基體之間的界面處形成碳化硅，從而防止碳和鋁之間有害的相互作用。盡管通過參考公開的實(shí)施方式已描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易理解，這些對(duì)于本發(fā)明僅是說明性的。應(yīng)當(dāng)理解，可以進(jìn)行各種修改而不背離本發(fā)明的精神。權(quán)利要求1.復(fù)合材料，包含金屬基體，所述金屬基體包含至少一種金屬；和碳納米管并入的纖維材料。2.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中所述金屬基體包含至少一種選自下列的金屬鋁、鎂、銅、鈷、鎳、錯(cuò)、銀、金、鈦及其混合物。3.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中所述金屬基體還包含至少一種添加劑，所述添加劑增加所述金屬基體與所述碳納米管并入的纖維材料的相容性。4.權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料，其中所述至少一種添加劑與所述碳納米管并入的纖維材料的碳納米管反應(yīng)，以在所述金屬基體和所述碳納米管并入的纖維材料的界面處形成碳化物產(chǎn)物；其中所述碳化物產(chǎn)物不包含構(gòu)成所述金屬基體的所述至少一種金屬。5.權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料，其中所述碳化物產(chǎn)物是碳化硅。6.權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料，其中所述金屬基體包含鋁，并且所述至少一種添加劑包含硅。7.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中所述碳納米管并入的纖維材料包含選自下列的至少一種纖維類型玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維、陶瓷纖維、有機(jī)纖維、碳化硅纖維、碳化硼纖維、氮化硅纖維、氧化鋁纖維及其組合。8.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料,還包含鈍化層，其至少涂覆所述碳納米管并入的纖維材料。9.權(quán)利要求8所述的復(fù)合材料，其中所述碳納米管也由所述鈍化層涂覆。10.權(quán)利要求8所述的復(fù)合材料，其中所述鈍化層包含鎳、二硼化鈦、鉻、鎂、鈦、銀或錫。11.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中所述纖維材料選自切短的纖維和連續(xù)纖維。12.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中所述碳納米管按重量計(jì)占所述復(fù)合材料的約O.1%和約10%之間。13.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中碳納米管按重量計(jì)占所述碳納米管并入的纖維材料的約O.5%約和40%之間。14.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中所述纖維材料均勻分布在所述金屬基體中。15.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中所述纖維材料不均勻分布在所述金屬基體中。16.權(quán)利要求15所述的復(fù)合材料，其中所述不均勻分布包括在所述金屬基體中的梯度分布。17.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中構(gòu)成所述碳納米管并入的纖維材料的所述碳納米管基本上垂直于所述纖維材料的縱軸。18.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中構(gòu)成所述碳納米管并入的纖維材料的所述碳納米管基本上平行于所述纖維材料的縱軸。19.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中構(gòu)成所述纖維材料的所述碳納米管的重量百分比由所述碳納米管的平均長(zhǎng)度決定。20.權(quán)利要求19所述的復(fù)合材料，其中構(gòu)成所述纖維材料的所述碳納米管的重量百分比進(jìn)一步由并入到所述纖維材料的所述碳納米管的覆蓋密度決定。21.權(quán)利要求20所述的復(fù)合材料，其中所述覆蓋密度高達(dá)約15，000個(gè)碳納米管/μm2。22.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中所述碳納米管的平均長(zhǎng)度在約Iμm和約500μm之間。23.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中所述碳納米管的平均長(zhǎng)度在約Iμm和約10μm之間。24.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中所述碳納米管的平均長(zhǎng)度在約IOym和約100μm之間。25.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中所述碳納米管的平均長(zhǎng)度在約IOOym和約500μm之間。26.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中所述碳納米管的平均長(zhǎng)度足以使所述復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)相對(duì)于缺乏碳納米管的復(fù)合材料降低約4倍或更多。27.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中所述碳納米管的平均長(zhǎng)度足以使所述復(fù)合材料的硬度和耐磨性相對(duì)于缺乏碳納米管的復(fù)合材料提高約3倍或更多。28.權(quán)利要求I所述的復(fù)合材料，其中所述碳納米管的平均長(zhǎng)度足以在所述復(fù)合材料中建立導(dǎo)電或?qū)嵬ǖ馈?9.復(fù)合材料，包含金屬基體，所述金屬基體包含至少一種金屬；和在所述金屬基體的第一區(qū)域中的第一部分碳納米管并入的纖維材料和在所述金屬基體的第二區(qū)域中的第二部分碳納米管并入的纖維材料；其中并入到所述第一部分的所述碳納米管的平均長(zhǎng)度和并入到所述第二部分的所述碳納米管的平均長(zhǎng)度被選擇，以便所述金屬基體的所述第一區(qū)域和所述金屬基體的所述第二區(qū)域具有不同的機(jī)械、電或熱性能。30.權(quán)利要求29所述的復(fù)合材料，其中所述第一部分碳納米管并入的纖維材料和所述第二部分碳納米管并入的纖維材料包含相同的纖維材料。31.權(quán)利要求29所述的復(fù)合材料，其中所述第一部分碳納米管并入的纖維材料和所述第二部分碳納米管并入的纖維材料包含不同的纖維材料。32.權(quán)利要求29所述的復(fù)合材料，其中所述第一部分碳納米管并入的纖維材料和所述第二部分碳納米管并入的纖維材料中的至少一個(gè)進(jìn)一步包含至少涂覆所述碳納米管并入的纖維材料的鈍化層。33.權(quán)利要求29所述的復(fù)合材料，其中所述金屬基體包含至少一種選自下列的金屬鋁、鎂、銅、鈷、鎳及其混合物。34.權(quán)利要求29所述的復(fù)合材料，其中所述金屬基體還包含至少一種添加劑，所述添加劑增加所述金屬基體與所述碳納米管并入的纖維材料的相容性。35.權(quán)利要求34所述的復(fù)合材料，其中所述至少一種添加劑與所述碳納米管并入的纖維材料的所述碳納米管反應(yīng)，以在所述金屬基體和所述碳納米管并入的纖維材料的界面處形成碳化物產(chǎn)物；其中所述碳化物不包含構(gòu)成所述金屬基體的所述至少一種金屬。36.方法，包括提供碳納米管并入的纖維材料；和將所述碳納米管并入的纖維材料結(jié)合到包含至少一種金屬的金屬基體中。37.權(quán)利要求36所述的方法，其中將所述碳納米管并入的纖維材料結(jié)合到金屬基體包括選自下列的至少一種技術(shù)鑄造、模壓鑄造、液態(tài)金屬滲透、液態(tài)金屬壓滲、噴霧沉積和粉末冶金術(shù)。38.權(quán)利要求36所述的方法，其中所述金屬基體包含至少一種選自下列的金屬鋁、鎂、銅、鈷、鎳及其混合物。39.權(quán)利要求36所述的方法，其中所述金屬基體還包含至少一種添加劑，所述添加劑增加所述金屬基體與所述碳納米管并入的纖維材料的相容性。40.權(quán)利要求39所述的方法，其中所述至少一種添加劑與所述碳納米管并入的纖維材料的所述碳納米管反應(yīng)，以在所述金屬基體和所述碳納米管并入的纖維材料的界面處形成碳化物產(chǎn)物；其中所述碳化物產(chǎn)物不包含構(gòu)成所述金屬基體的所述至少一種金屬。41.權(quán)利要求36所述的方法，還包括用鈍化層涂覆至少部分所述碳納米管并入的纖維材料。42.權(quán)利要求41所述的方法，其中所述鈍化層通過選自下列的技術(shù)被沉積電鍍和化學(xué)氣相沉積。43.權(quán)利要求41所述的方法，其中所述鈍化層包含鎳或二硼化鈦。44.權(quán)利要求36所述的方法，還包括使所述復(fù)合材料致密化。45.權(quán)利要求36所述的方法，其中所述纖維材料均勻分布在所述金屬基體中。46.權(quán)利要求36所述的方法，其中所述纖維材料不均勻分布在所述金屬基體中。47.權(quán)利要求46所述的方法，其中所述不均勻分布包含在所述金屬基體中的梯度分布。48.權(quán)利要求36所述的方法，其中所述碳納米管并入的纖維材料包含第一部分碳納米管并入的纖維材料和第二部分碳納米管并入的纖維材料，所述第一部分碳納米管并入的纖維材料包含具有第一長(zhǎng)度的碳納米管以及所述第二部分碳納米管并入的纖維材料包含具有第二長(zhǎng)度的碳納米管；和其中所述第一部分被結(jié)合到所述金屬基體的第一區(qū)域中，并且所述第二部分被結(jié)合到所述金屬基體的第二區(qū)域中。49.制品，包含復(fù)合材料，所述復(fù)合材料包含金屬基體，所述金屬基體含有至少一種金屬，和碳納米管并入的纖維材料。全文摘要本文描述了含有具有至少一種金屬的金屬基體和碳納米管并入的纖維材料的復(fù)合材料。金屬基體包括鋁、鎂、銅、鈷、鎳、鋯、銀、金、鈦及其各種混合物。纖維材料包括玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維、陶瓷纖維、有機(jī)纖維、碳化硅纖維、碳化硼纖維、氮化硅纖維和氧化鋁纖維。復(fù)合材料還可以包括至少涂覆碳納米管并入的纖維材料和任選地，多個(gè)碳納米管的鈍化層。金屬基體可以包括至少一種增加金屬基體與碳納米管并入的纖維材料的相容性的添加劑。纖維材料在金屬基體中可以均勻地、不均勻地或者以梯度方式分布。不均勻分布可用于賦予金屬基體的不同區(qū)域不同的機(jī)械、電或熱性能。文檔編號(hào)B32B15/14GK102639321SQ201080054341公開日2012年8月15日申請(qǐng)日期2010年11月23日優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日發(fā)明者H·C·馬里基,J·A·瓦伊庫(kù)考斯基,T·K·沙申請(qǐng)人:應(yīng)用納米結(jié)構(gòu)方案公司