[发明专利]包含金属和纳米粒子的复合材料及其制造方法

权利要求书

1.制造包含金属和纳米粒子，特别是碳纳米管(CNT)，的复合材料的方法，包括下列步骤：

通过机械合金化加工金属粉末和所述纳米粒子，以形成包含至少部分被所述纳米粒子相互隔开的具有1纳米至100纳米，优选10纳米至100纳米或大于100纳米至至多200纳米的平均尺寸的金属微晶的复合材料。

2.权利要求1的方法，其中加工该金属粉末和纳米粒子以使纳米粒子也包含在至少一些微晶中。

3.权利要求1的方法，其中所述金属是轻金属，特别是Al、Mg、Ti或包括其中一种或多种的合金、Cu或Cu合金。

4.权利要求1或2的方法，其中由以平均尺寸大到足以由于低成尘可能而容易操作的缠结CNT附聚物粉末形式提供的碳纳米管(CNT)形成所述纳米粒子。

5.权利要求4的方法，其中至少95％的CNT附聚物具有大于100微米的粒度。

6.权利要求4或5的方法，其中CNT附聚物的平均直径为0.05至5毫米，优选0.1至2毫米，最优选0.2至1毫米。

7.前述权利要求之一的方法，其中该纳米粒子，特别是CNT的长径比大于3，优选大于10，最优选大于30。

8.前述权利要求之一的方法，其中该复合材料的按重量计的CNT含量为0.5至10.0％，优选3.0至9.0％，最优选5.0至9.0％。

9.前述权利要求之一的方法，其中该纳米粒子由CNT形成，其中至少一部分CNT具有由一个或多个卷绕石墨层构成的卷绕结构，各石墨层由两个或更多个石墨烯层相互叠加构成。

10.前述权利要求之一的方法，包含在机械合金化之前官能化，特别是粗糙化，至少一部分纳米粒子的步骤。

11.权利要求10的方法，其中该纳米粒子由多壁或多卷CNT形成，并通过对CNT施以高压，特别是5.0MPa或更高，优选7.8MPa或更高的压力以使至少一些CNT的至少最外层断裂来进行粗糙化。

12.前述权利要求之一的方法，其中进行该加工以通过纳米粒子充分提高和稳定微晶的位错密度以提高复合材料和/或将其压实形成的固体材料的平均Vickers硬度以超过原始金属的Vickers硬度40％或更多，优选超过80％或更多。

13.前述权利要求之一的方法，其中进行该加工以充分稳定位错和抑制晶粒生长，以使通过压实该复合材料粉末形成的固体材料的Vickers硬度高于原始金属的Vickers硬度，优选高于复合材料粉末的Vickers硬度的80％。

14.前述权利要求之一的方法，其中使用包含研磨室(44)和作为研磨元件的球(50)的球磨机(42)进行机械合金化。

15.权利要求14的方法，其中将球(50)加速至至少5米/秒，优选至少8.0米/秒，最优选至少11.0米/秒的速度。

16.权利要求14或15的方法，其中研磨室(44)是静止的并通过旋转元件(46)的旋转运动加速球(50)。

17.权利要求16的方法，其中所述旋转元件(46)的轴水平取向。

18.权利要求14至17之一的方法，其中所述球(50)具有3至8毫米，优选3至6毫米的直径和/或由钢、ZiO₂或氧化钇稳定的ZrO₂制成。

19.权利要求14至18之一的方法，其中球(50)占据的体积V_b相当于V_b＝V_c-π·(r_R)²·l±20％，其中

V_c是研磨室(44)的体积，r_R是旋转元件(46)的半径且l是在旋转元件(46)轴向上的研磨室(44)长度。

20.权利要求14至19之一的方法，其中在研磨室(44)内提供惰性气体，特别是Ar、He或N₂，或真空环境。

21.权利要求14至20之一的方法，其中(金属+纳米粒子)与球的重量比为1∶7至1∶13。