[发明专利]一种缠绕型碳纳米管增强陶瓷基复合材料

说明书

本发明涉及一种缠绕型碳纳米管增强陶瓷基复合材料，其中，包括如下重量份数的原料：陶瓷材料100‑200份，缠绕型碳纳米管1‑25份，粘合剂0‑10份，分散剂0‑15份。所述的缠绕型碳纳米管增强陶瓷基复合材料中，其中，所述的缠绕型碳纳米管的直径为8nm，其形状是以一种余弦波的形式进行缠绕。本发明还涉及所述复合材料的制备方法。

技术领域

本发明涉及碳纳米管增强陶瓷基复合材料，属于复合材料领域。

背景技术

碳纳米管(简称为CNTs)自20世纪末被发现以来，以其优异的力学电学和热学性能而引起了广泛关注.研究表明，CNTs的硬度是传统钢材的50倍，其杨氏模量是传统钢材的5倍，同时还具有独特的电学性能。

碳纳米管(CNTs)的理想结构是由六边形碳原子网格围成的无缝、中空管体，两端通常被五边形、六边形、七边形碳原子环组成的半球形大富勒烯分子罩住，直径从零点几到上百纳米，长度则可达到数十微米。根据石墨烯片的层数可以分为：单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管中的每个碳原子与相邻的三个碳原子相连，形成六角形同格结构。由于碳纳米管是由纳米级的碳管组成的碳分子，具有类似于石墨层状结构，因此它具有优良的石墨极特性，如耐热、耐热冲击、耐腐蚀、良好的传热及导电性、较高的高温强度和自润滑性等一系列综合性能。碳纳米管因自身的尺度、结构和拓扑学等因素赋予了其极为独特的性能。其最为突出的特性可归纳为：(1)精细结构-纳米尺度形成；(2)特殊电学性质-纳米结构造就；(3)超高力学性能-碳键构筑。

由于碳纳米管具有特殊的构造和良好的性能，碳纳米管已为新型的复合材料增强相。以碳纳米管为增强相的复合材料具有高强度、高模量、大刚性、高温性能、疲劳寿命高等优越性能，已经在现代建筑行业、民用工业、交通运输行业、农业等传统行业以及航天航空、船舰、武器等高技术领域得到了广泛的应用。根据基体材料的不同，复合材料可以分为以下几种：碳基、金属基、树脂基和陶瓷基复合材料等。碳基材料的导热系数高，制造加工周期常，并且可还原性差；金属基材料存在的问题是制造工艺复杂，界面反应控制困难，造价昂贵；树脂基材料的韧性很差，耐温热性差及预浸料贮存期短。陶瓷基复合材料在这么多复合材料中脱颖而出，而且越来越受关注。

陶瓷材料由于具有非常优异的力学性能电热绝缘性能和抗化学蚀变性能而被广泛应用于机械化工和冶金等传统工业部门，并在光电生物医学和航空航天等领域也得到愈来愈广泛的应用。但是陶瓷材料的塑性变形能力、导热和导电性能较差。研究表明，在陶瓷材料的制备过程中加入一定量的CNTs，能很大程度地增强和改善陶瓷材料的各项性能。

由现有的研究可知，碳纳米管因独特的结构而具有许多优异的性能，如高强度、高模量、低密度等，将其加入到陶瓷材料中可以解决陶瓷材料的脆性问题，同时还能很大程度的提高陶瓷材料的其他力学和热学性能，相对于其他增强相而言，用碳纳米管增强陶瓷基复合材料的增韧效果最好。碳纳米管按结构可分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管；按其形状可分为直线型碳纳米管和螺旋型碳纳米管，而缠绕型碳纳米管是螺旋型碳纳米管中的一种。目前，由于缠绕型碳纳米管形态的调控比较困难，因此利用直线型碳纳米管来增强陶瓷基复合材料的现象较为普遍，但是相对于直线型碳纳米管而言，缠绕型碳纳米管则具有更好的性能。

中国专利申请CN102557641A公开了一种碳纳米管增强增韧碳化硅陶瓷，它主要由碳化硅微粉、碳化硼微粉、碳粉、碳纳米管、粘结剂、分散剂等制备而成。

中国专利申请CN106555089A公开了一种镁基复合材料，它包括纳米材料、镁合金粉末；其中，所述的纳米材料是由碳纳米管与纳米陶瓷组成，碳纳米管与纳米陶瓷的重量比为1：0.5～5，所述碳纳米管的直径为40-60nm。

中国专利申请CN106518085A公开了一种碳纳米管增韧二硼化铪超高温陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：S1：混合步骤，将二硼化铪基体粉末与碳纳米管粉末混合，得到二硼化铪与碳纳米管的混合粉料；S2：烧结步骤，通过放电等离子烧结方法烧结所述混合粉料，得到碳纳米管增韧二硼化铪超高温陶瓷复合材料。