[发明专利]一种碳纳米管均匀分散增强氧化铝复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管(CNTs)均匀分散增强氧化铝复合材料的制备方法，包括如下步骤：将TiO₂与CuO的按一定重量比进行球磨混合后，取出备用；用烧杯量取200ml蒸馏水水浴加热至90℃，加入15g异丙醇铝，90℃水解4h后，加入1mlHNO₃，90℃保温10h，得AlOOH溶胶；将CNTs按CNTs占CNTs/α‑Al₂O₃复合材料质量百分比为0.2％‑0.6％的比例均匀分散在所得的AlOOH溶胶内，加热至凝胶状后，按重量百分比1∶50加入所得的TiO₂‑CuO烧结助剂，进行成型、干燥、煅烧和热压烧结处理，即得。本发明实现了碳纳米管在α‑Al₂O₃基体中的均匀分散，取得极佳的强韧化效果。

技术领域

本发明涉及复合材料制备领域，具体涉及一种碳纳米管均匀分散增强氧化铝复合材料的制备方法。

背景技术

α-Al₂O₃陶瓷具有高强度、高模量、高硬度、耐磨损、耐腐蚀、抗氧化、热膨胀系数小、尺寸稳定等诸多优点，因此成为能源、航空航天、化工、电子等特别是高温下应用的结构部件的候选材料，故又称为高温结构陶瓷或工程陶瓷。但氧化铝陶瓷脆性大，抗热冲击性能差等这就限制了它的发展。通过加入增强材料后，可以在保留原有特点的基础上获得韧性较高的陶瓷基复合材料。碳纳米管(CNTs)是一种有碳-碳共价键结合的一维中空管状结构的纳米材料，具有强度高、长径比大、管径小等特点，其杨氏模量和剪切模量与金刚石相当，理论强度是钢的100倍，而密度仅为刚的1/7，碳纳米管可通过Stone-Wales变形不仅可以发生弹性变形而且可以发生一定的塑性变形具有很高的韧性。CNTs以其独特的力学性能被认为是最理想的晶须增韧材料，是纤维增韧的终极形式，碳纳米管广泛应用于陶瓷、聚合物和金属基复合材料的强化相.通过CNTs拔出桥联等机制能阻碍裂纹扩展，使复相陶瓷的断裂韧性提高。CNTs增强α-Al₂O₃优越性主要体现在：首先，CNTs的独特结构通过体积变化使其呈现高弹性，可承受40％的张力应变，且CNTs的破坏是通过其中空部分的塌陷来完成的，当基体断裂时，CNTs的拨出和断裂可吸收更多的能量，使复合材料呈现韧性断裂。然而，如何实现CNTs在基体中的均匀分布仍是CNTs增强陶瓷基复合材料的重大难题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种碳纳米管均匀分散增强氧化铝复合材料的制备方法，实现了碳纳米管在α-Al₂O₃基体中的均匀分散，不仅对于CNTs增强氧化铝基复合材料的开发具有显然具有重大的现实意义，也为其他CNTs增强的复合材料提供有益的借鉴，推动CNTs增强复合材料快速发展。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种碳纳米管均匀分散增强氧化铝复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将TiO₂与CuO的按一定的重量比进行球磨混合，球料比15∶1，转速为250r/min，球磨20h后，得TiO₂-CuO烧结助剂，取出备用；所述TiO₂与CuO的质量比为4∶1；

S2、用烧杯量取200ml蒸馏水水浴加热至90℃，加入15g异丙醇铝，90℃水解4h后，加入1ml质量分数为65％的HNO₃90℃保温10h，得AlOOH溶胶；