專利名稱：氣相沉積原位反應(yīng)制備碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種碳納米管鋁基復(fù)合材料的制備方法，屬于鋁基復(fù)合材料的制備技術(shù)。
背景技術(shù)：
鋁基復(fù)合材料具有密度小、耐腐蝕和加工性能好等優(yōu)點(diǎn)。隨著航空、航天和汽車制造等現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，對這類材料的比強(qiáng)度、比剛度、耐磨性、耐熱性和抗疲勞等性能提出了更高的要求。
碳納米管(CNTs)在國際上已被公認(rèn)是一種性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)材料，它是一種新型的自組裝單分子材料，具有極小的尺度及優(yōu)異的力學(xué)性能，其封閉中空管狀結(jié)構(gòu)具有良好的穩(wěn)定性，并且具有優(yōu)異的力學(xué)性能，理論估算其楊氏模量高達(dá)5TPa，與金剛石的相同，強(qiáng)度約為鋼的100倍，而密度卻只有鋼的1/6，是目前比強(qiáng)度和比剛度最高的材料，因此，碳納米管作為一維納米晶須增強(qiáng)材料在復(fù)合材料中具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
然而碳納米管在復(fù)合材料中的分散及其與基體之間的浸潤問題是發(fā)展該類復(fù)合材料面臨的難題。目前碳納米管應(yīng)用于鋁基復(fù)合材料中主要采用的方法是①把鋁粉和碳納米管混合(機(jī)混或手混)，然后壓制；②用濺射的方法使鋁粉和碳納米管混合均勻。第一種方法簡單，但根本不能解決碳納米管在鋁基復(fù)合材料中的分散及其與基體之間的浸潤問題；第二種方法雖然一定程度上能改善碳納米管在鋁基復(fù)合材料中的分散及其與基體之間的浸潤，但價(jià)格昂貴，技術(shù)復(fù)雜，很難大規(guī)模應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用原位合成的方法以鋁基體粉末作為載體，用化學(xué)沉積沉淀法制備Ni催化劑，獲得Al-Ni復(fù)合粉末，然后采用化學(xué)氣相沉積的方法在復(fù)合粉末上原位制備碳納米管，再利用粉末冶金方法制備碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。用本發(fā)明方法制備的碳納米管鋁基復(fù)合材料可顯著改善增強(qiáng)體在材料中的狀況，可獲得具有良好分散均勻性和界面結(jié)合的鋁基復(fù)合材料。
本發(fā)明的目的在于提供一種碳納米管與基體浸潤良好，結(jié)合力強(qiáng)，使碳納米管在復(fù)合材料中彌散均勻分布的方法。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括1、制備Ni/Al催化劑前驅(qū)體將六水硝酸鎳和鋁粉重量比為Ni(NO3)2·6H2O∶Al＝0.127-1.24∶1加入到蒸餾水中，使所得六水硝酸鎳的溶液容度為0.1mol/L，以氫氧化鈉或氨水作沉淀劑，攪拌下滴加沉淀劑至溶液呈中性，得到鎳鋁重量比為Ni∶Al＝0.025-0.25∶1的Ni(OH)2/Al二元膠體；將該二元膠體在150℃-300℃、氮?dú)夥諊旅撍⒃?50℃-500℃高溫下煅燒，得到相應(yīng)重量比的Ni/Al催化劑前驅(qū)體；2、制備碳納米管/Al復(fù)合粉末取步驟1)所得兩種不同重量比分的Ni/Al催化劑前驅(qū)體，鋪在石英舟中，將石英舟置于石英反應(yīng)管中部恒溫區(qū)；通入氮?dú)馀懦軆?nèi)的空氣，然后升溫至500℃-650℃，氫氣以流速25mL/min-250mL/min通過催化劑前驅(qū)體1.5-4小時，停止氫氣；之后通入甲烷或乙炔反應(yīng)氣體作為碳源，并同時通入氮?dú)庠?00℃-650℃下進(jìn)行催化裂解反應(yīng)，使混合氣體中，氮?dú)怏w積反應(yīng)氣體積＝6-12∶1；混合氣體通過催化劑的流速為420-780mL/min；反應(yīng)0.25h-4h之后停止混合氣體，使?fàn)t子在氮?dú)夥諊吕渲潦覝兀玫教技{米管/Al復(fù)合粉末；3、制備碳納米管/Al復(fù)合材料在室溫和壓力350MPa-700Mpa下，將步驟2)所得復(fù)合粉末壓制成塊體，然后將塊體在400℃-650℃下燒結(jié)0.5h-6小時，再以1250MPa-1600Mpa的壓力對塊體進(jìn)行復(fù)壓，得到碳納米管原位增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)很好地解決了碳納米管在復(fù)合材料中的分散問題，碳納米管在本發(fā)明所得復(fù)合粉末中不團(tuán)聚，分散好，因而使材料的硬度，強(qiáng)度，電性能等得到大幅度的提高，有效地增強(qiáng)了鋁基復(fù)合材料的綜合性能。


圖1采用本發(fā)明方法所得復(fù)合粉末的SEM2采用本發(fā)明方法所得碳管的TEM圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，這些實(shí)施例只用于說明本發(fā)明，并不限制本發(fā)明。
本發(fā)明中Ni/Al催化劑前驅(qū)體的重量比分是指該催化劑前驅(qū)體中的鎳鋁重量比。
下表各實(shí)施例中使用原料六水硝酸鎳，市售，純度＞96％鋁粉，市售，400目所得碳納米管管徑為10-30nm，長度為1-15μm。

權(quán)利要求
1.一種氣相沉積原位反應(yīng)制備碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法，其特征在于包括1)制備Ni/Al催化劑前驅(qū)體將六水硝酸鎳和鋁粉重量比為Ni(NO3)2·6H2O∶Al＝0127-124∶1加入到蒸餾水中，使所得六水硝酸鎳的溶液容度為0.1mol/L，以氫氧化鈉或氨水作沉淀劑，攪拌下滴加沉淀劑至溶液呈中性，得到鎳鋁重量比為Ni∶Al＝0025-0.25∶1的Ni(OH)2/Al二元膠體；將該二元膠體在150℃-300℃、氮?dú)夥諊旅撍?，并?50℃-500℃高溫下煅燒，得到相應(yīng)重量比分的Ni/Al催化劑前驅(qū)體；2)制備碳納米管/Al復(fù)合粉末取步驟1)所得兩種不同重量比分的Ni/Al催化劑前驅(qū)體，鋪在石英舟中，將石英舟置于石英反應(yīng)管中部恒溫區(qū)；通入氮?dú)馀懦軆?nèi)的空氣，然后升溫至500℃-650℃，氫氣以流速25mL/min-250mL/min通過催化劑前驅(qū)體1.5-4小時，停止氫氣；之后通入甲烷或乙炔反應(yīng)氣體作為碳源，并同時通入氮?dú)庠?00℃-650℃下進(jìn)行催化裂解反應(yīng)，使混合氣體中，氮?dú)怏w積∶反應(yīng)氣體積＝6-12∶1；混合氣體通過催化劑的流速為420-780mL/min；反應(yīng)0.25h-4h之后停止混合氣體，使?fàn)t子在氮?dú)夥諊吕渲潦覝?，得到碳納米管/Al復(fù)合粉末；3)制備碳納米管/Al復(fù)合材料在室溫和壓力350MPa-700Mpa下，將步驟2)所得復(fù)合粉末壓制成塊體，然后將塊體在400℃-650℃下燒結(jié)0.5h-6小時，再以1250MPa-1600Mpa的壓力對塊體進(jìn)行復(fù)壓，得到碳納米管原位增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣相沉積原位反應(yīng)制備碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的方法。本發(fā)明采用原位合成的方法以鋁基體粉末為載體，用化學(xué)沉積沉淀法制備Ni催化劑，獲得Al－Ni復(fù)合粉末后，采用化學(xué)氣相沉積的方法在復(fù)合粉末上原位制備碳納米管，再利用粉末冶金方法制備碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料。采用本發(fā)明方法可以很好地解決碳納米管在復(fù)合材料中的分散問題，從而使材料的硬度，強(qiáng)度，電性能等得到大幅度的提高，有效地增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的綜合性能。
文檔編號C22C21/00GK1730688SQ200510014890
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月29日
發(fā)明者趙乃勤, 師春生, 何春年, 杜希文, 李家俊 申請人:天津大學(xué)