[发明专利]一种超声波焊接制备碳纳米管增强铝基复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管增强铝基复合材料的制备方法，具体地，本发明涉及一种超声波焊接制备碳纳米管增强铝基复合材料的方法。

背景技术

碳纳米管(CNTs)具有独特的管状结构和优异的力学、电学和热学等性能，是制备金属基复合材料的理想增强材料之一。铝基材料具有密度小、耐腐蚀和加工性能好等优点，己广泛用于功能和结构材料中。目前，各国学者致力于研究提高传统铝基材料的力学性能，其中，CNTs增强铝基复合材料以优异的物理、化学和力学性能，表现出广泛的应用前景和研究意义。

碳纳米管已被广泛的应用于金属复合材料的制备中，然而制备碳纳米管金属复合材料的技术仍然面临很大的困难。由于碳纳米管具有很大的比表面积和比表面能，其自身很容易出现团聚现象，碳纳米管很难在金属基体中均匀分散。因此，能否将碳纳米管均匀分散在金属中是制备碳纳米管金属复合材料的关键。为解决这一问题，现有技术中，有将碳纳米管与金属颗粒共混后采用机械球磨的方法实现碳纳米管与金属基体的混合，从而获得碳纳米管金属粉末的混合体。然而，碳纳米管通过机械球磨后，形态遭受到了严重破坏，从而在复合材料中以石墨片的形态存在，使得通过该方法制备的复合材料中碳纳米管的含量低，从而该方法制备碳纳米管金属复合材料的产出率低。

CN102133634A公开了一种碳纳米管金属粉末混合体的制备方法，其包括以下步骤：提供碳纳米管，并将该碳纳米管分散到一溶剂中，得到均匀的悬浊液；提供金属粉末，并将金属粉末加入所述悬浊液中，搅拌后静置，碳纳米管与所述金属粉末沉淀并形成均匀的碳纳米管金属混合体系，该碳纳米管金属混合体系与溶剂形成两相分离界面；除去溶剂，获得碳纳米管金属粉末的混合体。本发明还进一步提供采用所述碳纳米管金属粉末混合体的制备方法制备碳纳米管金属复合材料的方法。但是该发明采用的是修饰后的碳纳米管，碳纳米管表面的羟基、羧基等基团与金属的界面结合力仍然很弱，碳纳米管并不能均匀的分散在金属粉末中，导致制备得到的碳纳米管金属粉末的性能较低，无法满足实际需要。

由于超声波焊接方法价格低廉、工艺过程简单，且可以制备近净成形的复合材料，且在高压和摩擦力的作用下可使碳纳米管嵌入铝基体中，因此，采用本方法制备碳纳米管增强铝基复合材料得到了广泛应用。

熊志林等人(熊志林，朱政强，程正明，胡琴，张义福，超声波焊接制备碳纳米管增强铝基复合材料，上海交通大学学报，2010，44:45～48)研究了采用超声波焊接制备碳纳米管增强铝基复合材料的方法。该方法通过对试样表面进行滴加乙醇处理增强碳纳米管与铝的结合强度，但是效果并不十分显著。

现有技术中，也有通过对碳纳米管进行修饰，使其表面带有酸性基团等，以期增强其余铝基体的界面结合作用，但是效果均不是特别的理想。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种超声波焊接制备碳纳米管增强铝基复合材料的方法，所述方法制备得到的碳纳米管与铝基的界面结合力强，剥离强度高。

为了达到上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种超声波焊接制备碳纳米管增强铝基复合材料的方法，所述方法包括如下步骤：

(1)利用剪切机截取160mm×18mm×0.3mm的铝合金，将碳纳米管平铺于一片铝表面，在碳纳米管表面上再铺一片铝，得到焊接试样；

(2)采用超声波金属焊接机进行焊接，得到碳纳米管增强铝基复合材料；焊接时间为150～180ms，焊接压力为10～20MPa；

所述焊接试样滴加表面活性剂进行处理。