本發(fā)明屬于制備增強體鋁基復(fù)合材料，尤其涉及一種碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的分散方法。

背景技術(shù)：

1、隨著材料科學(xué)的發(fā)展，碳納米管因其獨特的力學(xué)性能和電學(xué)性能，被視為一種理想的增強材料，被廣泛應(yīng)用于制備高性能的金屬基復(fù)合材料。尤其是鋁基復(fù)合材料，具有輕質(zhì)和高比強度等特點，在航空航天、汽車制造、電子設(shè)備等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。然而，實現(xiàn)碳納米管在鋁基復(fù)合材料中的均勻分散是一個技術(shù)挑戰(zhàn)。

2、目前，高能球磨法是制備碳納米管增強鋁基復(fù)合材料常用的分散方法。該方法通過機械力將碳納米管砸入鋁基體中，實現(xiàn)其在鋁基體中的分散。盡管這種方法在一定程度上能夠提高碳納米管的分散性，但它存在著一些顯著的局限性。首先，高能球磨過程中的劇烈機械作用會導(dǎo)致碳納米管嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)損傷，這會降低其原有的力學(xué)和電學(xué)性能，以及增加后續(xù)制備過程中的反應(yīng)性。此外，高能球磨法的成本較高，生產(chǎn)效率低，不利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

3、因此本發(fā)明提出了一種低成本高效率的碳納米管增強金屬基復(fù)合材料的分散方法，在保證碳納米管結(jié)構(gòu)完整性的前提下，提高了碳納米管在鋁基復(fù)合材料粉末中的分散性，對制備高強度鋁基復(fù)合材料具有重大工程意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的分散方法，具體包括以下步驟：

2、步驟一：制備片狀鋁粉；將鋁粉、過程控制劑和研磨球進(jìn)行高能球磨混合得到片狀鋁粉；

3、步驟二：活化鋁粉表面；將步驟一得到的片狀鋁粉進(jìn)行熱處理；

4、步驟三：制備分散碳納米管溶液；先將表面活性劑和分散介質(zhì)混合進(jìn)行電磁攪拌加熱處理，再加入碳納米管與電磁攪拌后的溶液進(jìn)行超聲分散處理，得到分散均勻的碳納米管溶液；

5、步驟四：制備碳納米管/鋁漿料；先在步驟三制備的碳納米管溶液中加入所述分散介質(zhì)，再加入步驟二制備的片狀鋁粉進(jìn)行混合，將其裝罐后進(jìn)行振動混粉，得到碳納米管/鋁漿料；

6、步驟五：制備分散均勻的碳納米管/鋁粉末；將步驟四得到的碳納米管/鋁漿料進(jìn)行真空烘干得到分散均勻的碳納米管/鋁粉末。

7、具體的，步驟一中所述鋁粉采用粒徑為15~53μm的球狀鋁粉，所述過程控制劑為硬脂酸。

8、具體的，步驟一中所述高能球磨采用行星式球磨，球磨裝置采用500ml氧化鋯罐和10mm氧化鋯磨球，所述高能球磨的參數(shù)為：轉(zhuǎn)速為200rpm，高能球磨方式為正轉(zhuǎn)10min，靜置10min，反轉(zhuǎn)10min，靜置10min，依次循環(huán)進(jìn)行，高能球磨時間為12h；所述高能球磨完成后在室溫下冷卻8h，采用充有氬氣的手套取出片狀鋁粉。

9、具體的，步驟二中所述熱處理的溫度為400℃，保溫時間為2h。

10、具體的，步驟三中所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種，所述分散介質(zhì)為乙醇、異丙醇中的一種，所述碳納米管的直徑為10~50nm，長度為0.5-30μm。

11、具體的，步驟三中所述電磁攪拌過程的轉(zhuǎn)速為200~500rpm，溫度為40~50℃，電磁攪拌的時間為30~50min。

12、具體的，步驟三中所述超聲分散處理過程中，溶液中所述表面活性劑的質(zhì)量為所述碳納米管質(zhì)量的20%~30%，制備得到的碳納米管溶液總質(zhì)量小于步驟二中得到的片狀鋁粉質(zhì)量，超聲分散的參數(shù)為，功率為300~400w，超聲時間為0.5~2h，超聲方式為超聲3min，停止1min，依次循環(huán)進(jìn)行。

13、具體的，步驟四中再加入所述分散介質(zhì)后的溶液總質(zhì)量與片狀鋁粉質(zhì)量比為0.8:1~1.2:1。

14、具體的，步驟四中所述振動混粉的參數(shù)為，頻率為50~60hz，時間為1~2h；振動混粉過程中，混粉瓶中加入10mm氧化鋯大磨球和5mm氧化鋯小磨球，且其質(zhì)量比為5:1，所述氧化鋯大磨球和氧化鋯小磨球的總質(zhì)量與片狀鋁粉的質(zhì)量比為1:1。

15、具體的，步驟五中所述真空烘干過程中，所述碳納米管/鋁漿料位于石墨模具中，所述真空烘干的參數(shù)為，真空度＜5pa，溫度為80~120℃，保溫時間為6h，降溫時間為6h。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

17、（1）本發(fā)明通過高能球磨法先將鋁粉由球狀磨成片狀，增大了鋁粉可以承載碳納米管的表面積，可以作為制備高含量碳納米管的有效方法；通過醇類分散介質(zhì)提高碳納米管在超聲過程中的分散性，并且對碳納米管的結(jié)構(gòu)影響性小。

18、（2）本發(fā)明采用振動混粉低能量混合方法保護(hù)了碳納米管結(jié)構(gòu)的完整性。振動混粉過程了提高碳納米管的分散均勻性，又能保持碳納米管在鋁片表面的吸附性。

19、（3）本發(fā)明提出的振動混粉固液比例、球料比例是實現(xiàn)碳納米管能夠均勻涂覆在鋁粉表面的關(guān)鍵性參數(shù)，工藝簡單，成本低廉，可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

1.一種碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的分散方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的分散方法，其特征在于，步驟一中所述鋁粉采用粒徑為15~53μm的球狀鋁粉，所述過程控制劑為硬脂酸。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的分散方法，其特征在于，步驟一中所述高能球磨采用行星式球磨，球磨裝置采用500ml氧化鋯罐和10mm氧化鋯磨球，所述高能球磨的參數(shù)為：轉(zhuǎn)速為200rpm，高能球磨方式為正轉(zhuǎn)10min，靜置10min，反轉(zhuǎn)10min，靜置10min，依次循環(huán)進(jìn)行，高能球磨時間為12h；所述高能球磨完成后在室溫下冷卻8h，采用充有氬氣的手套取出片狀鋁粉。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的分散方法，其特征在于，步驟二中所述熱處理的溫度為400℃，保溫時間為2h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的分散方法，其特征在于，步驟三中所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種，所述分散介質(zhì)為乙醇、異丙醇中的一種，所述碳納米管的直徑為10~50nm，長度為0.5-30μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的分散方法，其特征在于，步驟三中所述電磁攪拌過程的轉(zhuǎn)速為200~500rpm，溫度為40~50℃，電磁攪拌的時間為30~50min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的分散方法，其特征在于，步驟三中所述超聲分散處理過程中，溶液中所述表面活性劑的質(zhì)量為所述碳納米管質(zhì)量的20%~30%，制備得到的碳納米管溶液總質(zhì)量小于步驟二中得到的片狀鋁粉質(zhì)量，超聲分散的參數(shù)為，功率為300~400w，超聲時間為0.5~2h，超聲方式為超聲3min，停止1min，依次循環(huán)進(jìn)行。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的分散方法，其特征在于，步驟四中再加入所述分散介質(zhì)后的溶液總質(zhì)量與片狀鋁粉質(zhì)量比為0.8:1~1.2:1。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的分散方法，其特征在于，步驟四中所述振動混粉的參數(shù)為，頻率為50~60hz，時間為1~2h；振動混粉過程中，混粉瓶中加入10mm氧化鋯大磨球和5mm氧化鋯小磨球，且其質(zhì)量比為5:1，所述氧化鋯大磨球和氧化鋯小磨球的總質(zhì)量與片狀鋁粉的質(zhì)量比為1:1。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的分散方法，其特征在于，步驟五中所述真空烘干過程中，所述碳納米管/鋁漿料位于石墨模具中，所述真空烘干的參數(shù)為，真空度＜5pa，溫度為80~120℃，保溫時間為6h，降溫時間為6h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種碳納米管增強鋁基復(fù)合材料的分散方法，首先制備片狀鋁粉，并將其熱處理，隨后利用超聲分散制備分散均勻的碳納米管，將熱處理后的鋁粉與分散均勻的碳納米管混合制備碳納米管/鋁漿料，再將其進(jìn)行真空烘干得到均勻分散的碳納米管/鋁復(fù)合粉末，既保證碳納米管結(jié)構(gòu)的完整性，又提高碳納米管的分散性且保持碳納米管在鋁粉表面的吸附性，采用的方法工藝簡單，可以實現(xiàn)批量生產(chǎn)，對制備高強度鋁基復(fù)合材料具有重大工程意義。

技術(shù)研發(fā)人員：陳彪,舒巧囡,李金山,賈振東,唐斌,王毅,賴敏杰,袁睿豪
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西北工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19