[发明专利]一种基于快速发泡法合成碳纳米管增强泡沫铝复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种基于快速发泡法合成碳纳米管增强泡沫铝复合材料的制备方法，包括下列步骤：1)催化剂前驱体制备:按照质量配比为18‑22：1的配比称取纯铝粉和Co(NO₃)₂·6H₂O，并融入适量无水乙醇溶液，烘干得到前驱体粉末；2)CNT/Al复合粉末的制备；3)发泡前驱体的制备：将前述得到的CNT/Al复合粉末与7wt.％的Si粉和0.3wt.％TiH₂粉末在三维混料机中混合0.5‑3h得到均匀的混合粉末使用冷压机在450MPa压力下保压得到发泡前驱体；4)泡沫铝的制备。

技术领域

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种应用快速粉末冶金发泡法制备碳纳米管增强泡沫铝复合材料的研究。

背景技术

泡沫铝材料作为一种典型的结构功能一体化材料，由于具有轻质、比强度高以及吸能防震、阻尼、隔声隔热、电磁屏蔽等性能等优点，被广泛的应用于航空航天、汽车工业等领域。文献表明泡沫铝的性能与其孔结构具有很大的关联，包括孔径大小、孔分布均匀度以及孔隙率等。因此，为了拓宽泡沫铝的应用领域和范围，一些陶瓷相作为增强相引入到泡沫铝基体中改善孔结构以及提升其性能。尽管泡沫铝的性能取得了一定程度的提升，但是材料具有较大的脆性。因此，寻找一种合适的增强相在提高强度的同时能够保持较好的韧性是亟待解决的关键问题。碳纳米管由于具有诸如密度低、强度和模量高等优势被认为是制备高性能金属基复合材料的理想增强相。因此，将碳纳米管引入泡沫铝基体中有望实现泡沫铝应用的进一步扩大。但是，碳纳米管较大的长径比会导致严重的团聚现象，不利于在基体中的分散。因此，实现碳纳米管在基体中的有效分散并获得均匀孔结构是值得深入研究和讨论的课题。

目前关于碳纳米管增强泡沫铝基复合材料制备的文献和研究还是处于发展阶段。目前主要的制备方法有三种：一种是采用胶体工艺和传统粉末冶金结合的方法，第二种是采用熔体发泡的方法，第三种是采用尿素作为造孔剂的添加造孔剂方法。通过这些均能成功制备碳纳米管增强泡沫铝基复合材料，但是仍然存在一些问题。一方面，制备工艺比较复杂，效率较低；另一方面，外加碳管具有较强的团聚倾向，机械搅拌等方法不能实现很好的分散。因此，寻找一种效率高且碳纳米管能够均匀分散在基体中的方法是很有必要的。

快速粉末冶金发泡法是一种制备泡沫铝的新方法，其工艺流程简单且成本较低。但是，目前关于这种方法的研究较少，并且局限在一些传统增强相(比如SiC等)和合金元素(Si、Mg等)对发泡过程的影响。将碳纳米管作为增强相引入到快速粉末冶金发泡法中有望实现碳纳米管增强泡沫铝基复合材料的高效制备。

发明内容

本发明提供一种高效的且分散均匀的合成碳纳米管增强泡沫铝复合材料的制备方法。为解决碳纳米管在基体中团聚的问题，本发明采用原位化学气相沉积的方法，即以均匀分散在铝粉表面的纳米级钴颗粒为催化剂，在600℃、以乙炔为碳源，进行原位催化生长。通过这种方法可以实现碳纳米管在铝粉表面的均匀分散，同时在最终的泡沫铝基体中也可以得到很好地保持。同时，通过通过控制不同含量碳管的加入，可以对泡沫铝的泡孔进行调控。技术方案如下：

一种基于快速发泡法合成碳纳米管增强泡沫铝复合材料的制备方法，包括下列步骤：

1)催化剂前驱体制备:按照质量配比为18-22：1的配比称取纯铝粉和Co(NO₃)₂·6H₂O，并融入适量无水乙醇溶液，先超声再在60-80℃的条件下水浴搅拌加热，经过2-4h后酒精蒸干挥发，后烘干得到前驱体粉末。

2)CNT/Al复合粉末的制备：将10-30g前驱体粉末放入置于管式炉的刚玉方舟中，在氩气气氛下加热到250℃，然后在氢气气氛下加热到450℃，还原2-4h，之后在氩气条件下加热到600℃进行化学气相沉积，化学气相沉积的气氛条件为乙炔和氩气分为为10-30ml/min和150-250ml/min，得到CNT/Al复合粉末；