[发明专利]碳化硼包覆碳纳米管、其制备方法及应用

说明书

一种碳化硼包覆碳纳米管、其制备方法及应用,属于功能材料技术领域。该碳化硼包覆碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：S1，制备硼酸与三羟基丙烷的溶液A；S2，制备碳纳米管浆料B；S3，将碳纳米管浆料B加入溶液A中，超声处理后边搅拌边水浴加热，得碳纳米管、硼酸和三羟基丙烷均匀混合的膏体C；S4，将膏体C置于惰性气体气氛下，加热使硼酸脱水同时三羟基丙烷碳化，得到氧化硼/无定型碳包覆碳纳米管粉体；S5，将氧化硼/无定型碳包覆碳纳米管粉体松装在高压反应釜中，抽真空、通入惰性气体再加热至1400～1500℃，保温1～5h后自然冷却，即得碳化硼包覆碳纳米管粉体。本发明通过在碳纳米管表面合成碳化硼包覆层，提高碳纳米管与铝合金材料的界面结合能力。

技术领域

本发明涉及的是一种功能材料领域的技术，具体是一种碳化硼包覆碳纳米管、其制备方法及应用。

背景技术

铝基复合材料具有密度低、耐腐蚀和加工性能好等优点，非常适合应用于航空航天和汽车制造工业。但随着上述工业的发展，对于材料的比强度、比刚度、耐磨性、耐热性和抗疲劳等性能提出了更高的要求，普通铝基复合材料已难以满足需要。

铝合金掺杂碳纳米管能够提高铝基复合材料的性能，已在航空航天和汽车制造工业中有了一定的应用。但是碳纳米管分散困难，且与铝合金的界面结合能力较差，难以完全发挥复合材料的优势。

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明由此而来。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种碳化硼包覆碳纳米管、其制备方法及应用，通过在碳纳米管表面合成碳化硼包覆层，提高碳纳米管在铝合金材料分散性能以及界面结合能力。

本发明涉及一种碳化硼包覆碳纳米管的制备方法，包括以下步骤：

S1，将硼酸与三羟基丙烷混合搅拌均匀，水浴加热并进行超声处理，使硼酸完全溶于三羟基丙烷，得透明溶液A；

S2，将碳纳米管浸润在乙醇溶液中，再超声处理，得碳纳米管浆料B；

S3，将步骤S2制得的碳纳米管浆料B加入步骤S1制得的透明溶液A中，混合均匀后超声处理，之后边搅拌边水浴加热蒸发乙醇，得碳纳米管、硼酸和三羟基丙烷均匀混合的膏体C；

S4，将步骤S3制得的膏体C置于惰性气体气氛下，按5～10℃/min的升温速率加热至400～600℃，使硼酸脱水同时三羟基丙烷碳化，保温2～3h后冷却，得到氧化硼/无定型碳包覆碳纳米管粉体；

S5，将步骤S4制得的氧化硼/无定型碳包覆碳纳米管粉体松装在高压反应釜中，填满整个釜腔；将高压反应釜抽真空至0.1～100Pa，再通入惰性气体使得釜内压力升高至1～2atm；之后封闭高压反应釜，以10～20℃/min升温速率加热至1400～1500℃，保温1～5h后自然冷却，即得碳化硼包覆碳纳米管粉体。

优选地，在步骤S1中，所述硼酸和三羟基丙烷的摩尔比为(1.7～2.4):1；

优选地，在步骤S1中，所述水浴温度为75～95℃；超声处理条件为：工作频率20kHz，超声功率1000～1800W，超声时间5～10min。

优选地，在步骤S2中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管中至少一种，直径在10～200nm，长度为5～20μm。

优选地，在步骤S2中，所述超声处理条件为：工作频率20kHz，超声功率800～1000W，单次超声时间1～5min，间隔2min再次超声，共计5～10次。

优选地，在步骤S3中，所述超声处理条件为：工作频率20kHz，超声功率1000～1800W，超声时间1～2min。

优选地，在步骤S3中，所述搅拌的速率为300～500r/min，水浴温度为75～95℃。