本發(fā)明涉及一種c60增強(qiáng)al基復(fù)合材料及其制備方法，屬于金屬材料領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

鋁基復(fù)合材料具有密度小，耐蝕性強(qiáng)，導(dǎo)電導(dǎo)熱性能優(yōu)異，加工性能好等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前金屬基復(fù)合材料研究的主流。隨著汽車和航空航天領(lǐng)域的發(fā)展，尤其是在太空空間，電離輻射等惡劣環(huán)境中對金屬基復(fù)合材料的比強(qiáng)度、比模量、耐蝕性、導(dǎo)電導(dǎo)熱等性能要求更高，傳統(tǒng)的陶瓷纖維和顆粒增強(qiáng)體已經(jīng)不能滿足對材料的要求。

過去幾十年中，研究者們在提高鋁合金力學(xué)性能的傳統(tǒng)工藝做出了巨大的努力，包括合金元素的調(diào)整、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱處理制度和變形工藝等，但是難以實(shí)現(xiàn)鋁合金力學(xué)性能的進(jìn)一步突破。相比于陶瓷纖維增強(qiáng)體碳纖維和石墨顆粒增強(qiáng)體因?yàn)橐驗(yàn)楦叩膶?dǎo)熱性，低的熱膨脹系數(shù)，優(yōu)異的阻尼能力和非常好的自潤滑性能引起了許多研究者的關(guān)注。碳作為增強(qiáng)體能夠有效提高鋁及其合金的強(qiáng)度和剛度。最初，研究者們針對碳纖維或碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料進(jìn)行了大量的研究。

碳納米管具有優(yōu)良的力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、耐高溫、耐腐蝕、質(zhì)量輕等優(yōu)異性能，這使得其成為一種理想的增強(qiáng)劑。碳納米管力學(xué)性能的理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，碳納米管的韌性好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、具有極小的尺度及優(yōu)異的力學(xué)性能，是理想的一維納米增強(qiáng)、增韌材料。由于優(yōu)異的力學(xué)和物理性能，碳納米管被認(rèn)為是最具前景的鋁基復(fù)合材料增強(qiáng)體之一。例如在公開號為cn103602843a、cn1546695a、cn1730688a、cn101613079a的中國發(fā)明專利中均介紹了碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料的制備技術(shù)，但是近些年研究發(fā)現(xiàn)，把碳納米管作為增強(qiáng)體加入到鋁基體中對鋁基復(fù)合材料的增強(qiáng)效果并不明顯。主要問題是由于碳納米管增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料存在碳納米管團(tuán)聚現(xiàn)象較為明顯。

富勒烯（fullerene)是單質(zhì)碳被發(fā)現(xiàn)的第三種同素異形體。任何由碳一種元素組成，以球狀、橢圓狀、或管狀結(jié)構(gòu)存在的物質(zhì)，都可以被叫做富勒烯，富勒烯指的是一類物質(zhì)。富勒烯與石墨結(jié)構(gòu)類似，但石墨的結(jié)構(gòu)中只有六元環(huán)，而富勒烯中可能存在五元環(huán)。最具有代表性的c60的碳原子之間是通過單雙鍵交替相結(jié)合的，在一定條件下富勒烯分子的雙鍵將被打開，與相鄰的分子通過[2+2]、[3+3]、[4+4]等環(huán)加成形式形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵，所形成的結(jié)構(gòu)就稱為富勒烯聚合結(jié)構(gòu)。富勒烯在高壓或高溫高壓的條件下還可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂休^高硬度，甚至超高硬度的材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種c60增強(qiáng)al基復(fù)合材料及其制備方法，制備得到化學(xué)穩(wěn)定性更好、界面結(jié)合更好的al摻雜c60的高性能鋁基復(fù)合材料，便于其在電子行業(yè)的推廣應(yīng)用。

本發(fā)明提供了一種c60增強(qiáng)al基復(fù)合材料，由以下重量百分比的原料制備而成：

c60：0.20-1.98%

al粉：98.02-99.8%。

本發(fā)明提供了一種c60增強(qiáng)al基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)將c60和al粉混合，加入乙醇后使用球磨機(jī)混合，且在低溫球磨機(jī)上進(jìn)行球磨；

(2)將球磨后的混合樣品置于真空干燥箱內(nèi)，在50-80℃下烘干0.5-2h，得到c60/al復(fù)合粉體；

(3)然后將c60/al復(fù)合粉體壓制成型，并進(jìn)行保壓；

(4)最后，將成型后的坯料放入有惰性氣體保護(hù)的加熱設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為500～650℃，燒結(jié)時(shí)間為0.8h～6h。

上述制備方法中，所述步驟（1）中，球磨過程中，球磨溫度為-60–-20℃，球磨時(shí)間為2-10小時(shí)。

上述制備方法中，所述步驟（3）中，壓制成型的溫度為400-500℃，成型壓力為600mpa～1000mpa，在此成型壓力下保壓0.5～100min。

上述制備方法中，所述惰性氣體為ar氣。

富勒烯分子晶體是由弱的范德瓦爾斯作用相結(jié)合的，因此是一種較軟的物質(zhì)，在壓力的作用下很容易被壓縮，除了分子間距變小，具有中空籠狀結(jié)構(gòu)的富勒烯分子本身也會發(fā)生形變，甚至塌陷。然而由于富勒烯單分子的不可壓縮性，導(dǎo)致其分子晶體的壓縮性在較高的壓力下變得很低，硬度也得到提高，這些特點(diǎn)使得富勒烯晶體在高壓下出現(xiàn)了豐富的結(jié)構(gòu)相變。

常溫常壓下，富勒烯c60具有fcc結(jié)構(gòu)，c60分子在晶體中自由轉(zhuǎn)動，然而在較低的壓力下(約0.2gpa)，c60分子發(fā)生取向有序的轉(zhuǎn)變，即分子的取向在壓力的作用下受到限制，原來自由轉(zhuǎn)動的c60分子被“凍結(jié)”，發(fā)生結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。隨著熱成型壓力的增加，相鄰c60分子間距離繼續(xù)減小，相互擠壓使得c60分子發(fā)生形變，當(dāng)壓力增加到20gpa左右時(shí)，c60分子形變更加嚴(yán)重，甚至開始塌陷，就會發(fā)生非晶化的轉(zhuǎn)變。

由于富勒烯的晶粒細(xì)化和彌散強(qiáng)化作用，c60/al復(fù)合材料板材表現(xiàn)出較高的維氏硬度(240hv)和較高的屈服強(qiáng)度(810mpa)。

本發(fā)明的有益效果：

（1）本發(fā)明采用球磨、成型與燒結(jié)相結(jié)合的方式，具有工藝簡單，設(shè)備投入低，能夠快速實(shí)現(xiàn)鋁基體燒結(jié)致密化；

（2）在發(fā)揮c60自身優(yōu)異性能改性鋁基體的同時(shí)，還能夠利用基體的晶粒細(xì)化和彌散強(qiáng)化共同作用增強(qiáng)鋁基體，使得c60/al復(fù)合材料的綜合性能大幅度提高，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景，且可以在鋁合金電纜行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1：

(1)首先將質(zhì)量比例為99.1:0.9的c60和al粉混合，加入1.0ml乙醇后使用球磨機(jī)混合，時(shí)間為2.0小時(shí)。(2)將球磨后的混合樣品置于真空干燥箱內(nèi)，在55℃下烘干0.6h。(3)然后將c60/al復(fù)合粉體在430℃進(jìn)行成型，壓力為680-700mpa，且在此壓制壓力下保壓20min。(4)最后，將成型后的坯料放入具有惰性氣體ar氣保護(hù)的加熱設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為530℃，燒結(jié)時(shí)間為1.6h。經(jīng)測試，其致密度達(dá)99.4%，抗拉強(qiáng)度達(dá)172.3mpa，較基體提高了53.28%。

實(shí)施例2

(1)首先將混合一定質(zhì)量比例(98.3:1.7)的c60和al粉，加入少量乙醇（2.0ml）后使用球磨機(jī)混合，時(shí)間為2.5小時(shí)。(2)其次將球磨后的混合樣品置于真空干燥箱內(nèi)，在68℃下烘干0.9h。(3)然后將c60/al復(fù)合粉體在460℃進(jìn)行成型，壓力為680-700mpa之間，且在此壓制壓力下保壓30min。(4)最后，將成型后的坯料放入具有惰性氣體ar氣保護(hù)的加熱設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為560℃，燒結(jié)時(shí)間為2.0h。經(jīng)測試，其致密度達(dá)99.5%，抗拉強(qiáng)度達(dá)181.5mpa，較基體提高了55.65%。

實(shí)施例3

(1)首先將混合一定質(zhì)量比例(98.8:1.2)的c60和al粉，加入少量乙醇（3.0ml）后使用球磨機(jī)混合，時(shí)間為3.0小時(shí)。(2)其次將球磨后的混合樣品置于真空干燥箱內(nèi)，在75℃下烘干1.5h。(3)然后將c60/al復(fù)合粉體在480℃進(jìn)行成型，壓力在700mpa～800mpa之間，且在此壓制壓力下保壓60min。(4)最后，將成型后的坯料放入具有惰性氣體ar氣保護(hù)的加熱設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為600℃，燒結(jié)時(shí)間為4.0h。經(jīng)測試，其致密度達(dá)99.5%，抗拉強(qiáng)度達(dá)178.6mpa，較基體提高了54.93%。

實(shí)施例4

(1)首先將混合一定質(zhì)量比例(99.8:0.2)的c60和al粉，加入少量乙醇（4.5ml）后使用球磨機(jī)混合，時(shí)間為6.0小時(shí)。(2)其次將球磨后的混合樣品置于真空干燥箱內(nèi)，在80℃下烘干2.0h。(3)然后將c60/al復(fù)合粉體在500℃進(jìn)行成型，壓力在800mpa～1000mpa之間，且在此壓制壓力下保壓90min。(4)最后，將成型后的坯料放入具有惰性氣體ar氣保護(hù)的加熱設(shè)備中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為650℃，燒結(jié)時(shí)間為6.0h。經(jīng)測試，其致密度達(dá)99.7%，抗拉強(qiáng)度達(dá)170.5mpa，較基體提高了52.79%。