一種高分散性碳納米管復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于碳納米管復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高分散性碳納米管復(fù)合材料的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管是采用電弧、激光等技術(shù)將石墨片按照一定螺旋角加工卷曲而成、直徑為納米級(jí)的管狀物質(zhì)。它有著非常大的長(zhǎng)徑比，優(yōu)異的物理特性，其抗拉強(qiáng)度是鋼的100倍。沿著長(zhǎng)度方向的熱交換性能很高，而相對(duì)的其垂直方向的熱交換性能較低，通過合適的取向，碳納米管可以合成高各向異性的熱傳導(dǎo)材料。但是，由于碳納米管自身較強(qiáng)的范德華力以及非常大的長(zhǎng)徑比，導(dǎo)致其在生產(chǎn)過程中碳納米管極易發(fā)生團(tuán)聚。而在應(yīng)用中，只有將碳納米管充分的分散添加到所需的材料中才能更好的發(fā)揮出它的優(yōu)異性能。所以，在使用前必須將碳納米管的團(tuán)聚體充分分散才能達(dá)到理想的使用效果。目前許多技術(shù)人員采用多種方法來解決碳納米管團(tuán)聚問題，主要是采用超聲波震蕩法、粉碎法和化學(xué)法等等。但是，這些方法均存有分散效果差或是破壞了碳納米管完整性等缺陷，難達(dá)到相關(guān)行業(yè)生產(chǎn)所需。合金材料具有更高的導(dǎo)熱系數(shù)，優(yōu)良的機(jī)械性能，與碳納米管制成的復(fù)合材料，潛在應(yīng)用范圍更為廣泛。然而，由于合金材料的硬度高、機(jī)械強(qiáng)度大和恪點(diǎn)高等特點(diǎn)，復(fù)合材料中碳納米管的定向排列更加難以實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種高分散性碳納米管復(fù)合材料的制作方法，酸性處理使碳納米管活性增強(qiáng)，碳納米管和相變物質(zhì)通過霧化混合，以實(shí)現(xiàn)碳納米管的相變，磁性處理后定向程度良好，摻雜定向碳納米管沿流線定向排列，合金粉末與碳納米管粉末的擠壓混合，獲得碳納米管均勻分散并定向排列的碳納米管/合金復(fù)合材料，具有低強(qiáng)度和高延伸率，并且其變形溫度較低，對(duì)碳納米管的損傷小。
[0004]本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
一種高分散性碳納米管復(fù)合材料的制作方法，其特征在于，具體包括以下步驟:
(1)將單壁碳納米管置于含20wt%S03發(fā)煙硫酸中，控制溫度為115-120°c，加熱攪拌15-18h ;用蒸餾水稀釋過濾，烘干；
(2)在壓力容器內(nèi)，將上述處理過的碳納米管和相變物質(zhì)按照重量比5:1混合，攪拌均勻，控制壓力為0.1-0.13MPa，同時(shí)按照12-14m/s的流速鼓入氮?dú)?，噴出霧化混合組分，以實(shí)現(xiàn)分散劑的相變；
(3)使氣相分散的碳納米管氣流通過高壓陰極金屬網(wǎng)進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，碳納米管在靜電力作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)從而在勻強(qiáng)電場(chǎng)中完成定向，隨之落入與電場(chǎng)方向垂直接收盤中；
(4)將顆粒尺寸均勻的鋁合金粉末與碳納米管粉末按重量比3:(7-8)混合均勻后裝入擠壓模具內(nèi)，再放入真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，控制真空度為10_3Pa，按照10°C /min的溫度溫度升高至700K，保溫35-45min后冷卻到室溫，得到碳納米管/鋁合金復(fù)合材料。
[0005]進(jìn)一步的，所述步驟(I)中的烘干的溫度為85_90°C。
[0006]進(jìn)一步的，所述步驟(2)中的相變物質(zhì)為二甲基丁烷。
[0007]進(jìn)一步的，所述步驟(3)中接收盤在工作過程中延固定方向勾速轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0008]本發(fā)明的有益效果為:
本發(fā)明先對(duì)碳納米管進(jìn)行酸性處理，使其活性增強(qiáng)，碳納米管和相變物質(zhì)通過霧化混合，以實(shí)現(xiàn)碳納米管的相變，通過高壓陰極金屬網(wǎng)進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)進(jìn)行磁性處理，定向程度良好，摻雜定向碳納米管沿流線定向排列，合金粉末與碳納米管粉末的擠壓混合，獲得碳納米管均勻分散并定向排列的碳納米管/合金復(fù)合材料，具有低強(qiáng)度和高延伸率，并且其變形溫度較低，對(duì)碳納米管的損傷小。
【具體實(shí)施方式】
[0009]實(shí)施例1
一種高分散性碳納米管復(fù)合材料的制作方法，其特征在于，具體包括以下步驟:
(1)將單壁碳納米管置于含20wt%S03發(fā)煙硫酸中，控制溫度為115°C，加熱攪拌18h ;用蒸餾水稀釋過濾，控制溫度為85°C烘干；
(2)在壓力容器內(nèi)，將上述處理過的碳納米管和二甲基丁烷按照重量比5:1混合，攪拌均勻，控制壓力為0.1MPa,同時(shí)按照12m/s的流速鼓入氮?dú)?，噴出霧化混合組分，以實(shí)現(xiàn)分散劑的相變；
(3)使氣相分散的碳納米管氣流通過高壓陰極金屬網(wǎng)進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，碳納米管在靜電力作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)從而在勻強(qiáng)電場(chǎng)中完成定向，隨之落入與電場(chǎng)方向垂直接收盤中，接收盤在工作過程中延固定方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；
(4)將顆粒尺寸均勻的鋁合金粉末與碳納米管粉末按重量比3:7混合均勻后裝入擠壓模具內(nèi)，再放入真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，控制真空度為10_3Pa，按照10°C /min的溫度溫度升高至700K，保溫35-45min后冷卻到室溫，得到碳納米管/鋁合金復(fù)合材料。
[0010]實(shí)施例2
一種高分散性碳納米管復(fù)合材料的制作方法，其特征在于，具體包括以下步驟:
(1)將單壁碳納米管置于含20wt%S03發(fā)煙硫酸中，控制溫度為118°c，加熱攪拌16h ；用蒸餾水稀釋過濾，控制溫度為88°C烘干；
(2)在壓力容器內(nèi)，將上述處理過的碳納米管和二甲基丁烷按照重量比5:1混合，攪拌均勻，控制壓力為0.12MPa，同時(shí)按照13m/s的流速鼓入氮?dú)?，噴出霧化混合組分，以實(shí)現(xiàn)分散劑的相變；
(3)使氣相分散的碳納米管氣流通過高壓陰極金屬網(wǎng)進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，碳納米管在靜電力作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)從而在勻強(qiáng)電場(chǎng)中完成定向，隨之落入與電場(chǎng)方向垂直接收盤中，接收盤在工作過程中延固定方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；
(4)將顆粒尺寸均勻的鋁合金粉末與碳納米管粉末按重量比3:8混合均勻后裝入擠壓模具內(nèi)，再放入真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，控制真空度為10_3Pa，按照10°C /min的溫度溫度升高至700K，保溫35-45min后冷卻到室溫，得到碳納米管/鋁合金復(fù)合材料。
[0011]實(shí)施例3
一種高分散性碳納米管復(fù)合材料的制作方法，其特征在于，具體包括以下步驟: (1)將單壁碳納米管置于含20wt%S03發(fā)煙硫酸中，控制溫度為120°C，加熱攪拌15h ;用蒸餾水稀釋過濾，控制溫度為90°C烘干；
(2)在壓力容器內(nèi)，將上述處理過的碳納米管和二甲基丁烷按照重量比5:1混合，攪拌均勻，控制壓力為0.13MPa，同時(shí)按照14m/s的流速鼓入氮?dú)猓瑖姵鲮F化混合組分，以實(shí)現(xiàn)分散劑的相變；
(3)使氣相分散的碳納米管氣流通過高壓陰極金屬網(wǎng)進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，碳納米管在靜電力作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)從而在勻強(qiáng)電場(chǎng)中完成定向，隨之落入與電場(chǎng)方向垂直接收盤中，接收盤在工作過程中延固定方向勻速轉(zhuǎn)動(dòng)；
(4)將顆粒尺寸均勻的鋁合金粉末與碳納米管粉末按重量比3:8混合均勻后裝入擠壓模具內(nèi)，再放入真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，控制真空度為10_3Pa，按照10°C /min的溫度溫度升高至700K，保溫35-45min后冷卻到室溫，得到碳納米管/鋁合金復(fù)合材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高分散性碳納米管復(fù)合材料的制作方法，其特征在于，具體包括以下步驟: (1)將單壁碳納米管置于含20wt%S03發(fā)煙硫酸中，控制溫度為115-120°c，加熱攪拌15-18h ;用蒸餾水稀釋過濾，烘干； (2)在壓力容器內(nèi)，將上述處理過的碳納米管和相變物質(zhì)按照重量比5:1混合，攪拌均勻，控制壓力為0.1-0.13MPa，同時(shí)按照12-14m/s的流速鼓入氮?dú)?，噴出霧化混合組分，以實(shí)現(xiàn)分散劑的相變； (3)使氣相分散的碳納米管氣流通過高壓陰極金屬網(wǎng)進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)，碳納米管在靜電力作用下發(fā)生扭轉(zhuǎn)從而在勻強(qiáng)電場(chǎng)中完成定向，隨之落入與電場(chǎng)方向垂直接收盤中； (4)將顆粒尺寸均勻的鋁合金粉末與碳納米管粉末按重量比3:(7-8)混合均勻后裝入擠壓模具內(nèi)，再放入真空熱壓燒結(jié)爐內(nèi)，控制真空度為10_3Pa，按照10°C /min的溫度溫度升高至700K，保溫35-45min后冷卻到室溫，得到碳納米管/鋁合金復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高分散性碳納米管復(fù)合材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(I)中的烘干的溫度為85-90 °C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高分散性碳納米管復(fù)合材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(2)中的相變物質(zhì)為二甲基丁烷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高分散性碳納米管復(fù)合材料的制作方法，其特征在于，所述步驟(3 )中接收盤在工作過程中延固定方向勾速轉(zhuǎn)動(dòng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高分散性碳納米管復(fù)合材料的制作方法，具體包括以下步驟：（1）將單壁碳納米管置于發(fā)煙硫酸處理；（2）在壓力容器內(nèi)，將碳納米管和相變物質(zhì)進(jìn)行噴出霧化混合；（3）使氣相分散的碳納米管氣流通過高壓陰極金屬網(wǎng)進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)中完成定向，接收；（4）將鋁合金粉末與碳納米管粉末混合均勻后真空熱壓燒結(jié)，得到碳納米管/鋁合金復(fù)合材料。本發(fā)明先對(duì)碳納米管進(jìn)行酸性處理，使其活性增強(qiáng)，霧化混合以實(shí)現(xiàn)碳納米管的相變，通過高壓陰極金屬網(wǎng)進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)進(jìn)行磁性處理，定向程度良好，摻雜定向碳納米管沿流線定向排列，合金粉末與碳納米管粉末的擠壓混合，獲得碳納米管均勻分散并定向排列的碳納米管/合金復(fù)合材料。
【IPC分類】C22C49-06, C22C101-10, C22C49-14, C22C121-00, C22C47-02, C22C47-14
【公開號(hào)】CN104674140
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410569840
【發(fā)明人】劉澤華
【申請(qǐng)人】青島中天信達(dá)生物技術(shù)研發(fā)有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2014年10月23日