[发明专利]碳纳米管增强Al-Cu合金基复合材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种碳纳米管增强Al-Cu合金基复合材料的制备方法。该方法过程包括：采用化学气相沉积—机械球磨获得碳纳米管均匀分散在铝粉上的复合粉末；再采用浸渍—机械球磨实现铜纳米粒子在碳纳米管和铝复合粉末上的沉积，然后采用冷压烧结或真空热压对粉末进行致密化处理得到块体材料，最后通过热挤压成型及固溶时效热处理得到碳纳米管增强Al-Cu合金基复合材料。本发明的优点：利用原位生长法，实现碳纳米管结构稳定和均匀分散。利用Al-Cu合金热处理性能，使复合材料力学性能得到进一步提升。制备出的碳纳米管增强Al-Cu合金基复合材料，其机械性能优于纯Al-Cu合金。

主权项

一种碳纳米管增强Al‑Cu基复合材料的制备方法，其特征包括以下过程： （1）化学气相沉积法制备碳纳米管和铝的复合粉末：将四水合乙酸钴与铝粉以按质量比（0.004~0.04）：1加入无水乙醇中，其中无水乙醇的质量用量约为铝粉质量3~50倍，然后在温度30~80°C下持续搅拌，直至无水乙醇完全挥发掉；得到的粉末在室温干燥后，将粉末放置于管式炉恒温区，在氩气或氮气保护下200~500°C下煅烧1~5小时，以流速50~600ml/min在温度250~500°C通入氢气在升温速率10°C/分钟升温至还原1~5小时得到钴/铝催化剂粉末；以升温速率10°C/分钟升高温度至400~700°C向钴/铝催化剂粉末通入碳源气体与载气的混合气进行0.1~5小时的催化裂解反应，其中碳源气体为乙炔，载气为氩气或氮气，碳源气与载气的体积比为1：（1~20），催化裂解反应后在氩气或氮气的保护下冷却至室温，得到碳纳米管和铝的复合粉末；（2）机械球磨碳纳米管和铝的复合粉末将步骤（1）制得的复合粉末与钢球按质量比1：（5~20）一起加入球磨罐中，抽真空后充满氩气以转速200~600转/分进行球磨0.5~5小时，得到均匀分散的碳纳米管和铝的复合粉末；（3）浸渍—还原法制备碳纳米管和Al‑Cu的复合粉末将一水合硝酸铜与步骤（2）制得的碳纳米管和铝的复合粉末以质量比（0.03~0.3）：1加入无水乙醇中，其中无水乙醇的质量用量为复合粉末质量3~50倍，然后在温度30~80°C下持续搅拌，直至无水乙醇完全挥发掉；得到的粉末在室温干燥后，将干燥的粉末放置于管式炉恒温区，在氩气或氮气保护下在升温速率10°C/分钟升温至200~500°C下煅烧1~5小时，并以流速50~600ml/min通入氢气还原1~5小时得到在碳纳米管和铝复合粉末上均匀沉积粒径为10~100纳米的铜颗粒，得到碳纳米管和Al‑Cu的复合粉末；（4）机械球磨碳纳米管和Al‑Cu的复合粉末    将步骤（3）制得的碳纳米管和Al‑Cu的复合粉末与钢球按质量比1：（5~20）一起加入球磨罐中，抽真空后充满氩气以转速200~600转/分进行球磨0.5~5小时，得到均匀分散的碳纳米管和Al‑Cu的复合粉末；（5）制备碳纳米管和Al‑Cu复合材料块体将步骤（4）制得的均匀分散的碳纳米管和Al‑Cu的复合粉末，在室温和压力300~800MPa下压制成块体，然后在氩气气氛下，将块体以升温速率10°C/分钟升温至400~700°C下烧结0.5~6小时，之后随着炉温冷却或直接水冷，将制得的材料在温度350~650°C下以（4~25）:1的挤压比进行挤压制得碳纳米管和Al‑Cu复合材料块体；或将步骤（4）制得的均匀分散的碳纳米管和Al‑Cu的复合粉末，在真空度10‑2Pa下以升温速率10°C/分钟升温至400~650°C，施加压力20~70MPa下热压0.5~6h，将制得的材料在温度350~650°C下以（4~25）:1的挤压比进行挤压制得碳纳米管和Al‑Cu复合材料块体；（6）碳纳米管和Al‑Cu复合材料块体的热处理将步骤（5）得到的复合材料块体在500~550°C固溶处理0.5~12小时，在25°C的水中淬火冷却到室温，之后在130~190°C时效处理0~12小时，得到碳纳米管和Al‑Cu的复合材料。