申請號：201610161943.1
　　申請人：中南大學
　　發明人：魏秋平 周科朝 馬莉 余志明 李志友

　　摘要：本發明提供了一種泡沫金剛石骨架增強鋁基復合材料及制備方法，所述復合材料由泡沫襯底、金剛石強化層、基體材料組成，泡沫襯底為泡沫金屬或泡沫陶瓷或泡沫碳?；w材料為鋁及其合金。金剛石強化層為金剛石或金剛石與石墨烯或/和碳納米管的復合。本發明方法制得的復合材料增強相與基體相在三維空間內保持連續分布，使金剛石和基體形成網絡互穿構形，有效弱化復合界面對材料熱學性能的影響，既不降低金屬基體良好塑韌性，又能使增強相成為一個整體，最大限度地發揮增強體的導熱效率，使復合材料的熱導率、導電率及機械強度相比較傳統復合材料有極大提高，是一種很有潛力的多功能復合材料。 　　主權利要求：1.泡沫金剛石骨架增強鋁基復合材料，其特征在于，所述復合材料包括增強體、基體材料，所述增強體包括泡沫骨架襯底、金剛石強化層，所述泡沫骨架襯底表面設有金剛石強化層；所述泡沫骨架襯底選自泡沫金屬骨架、泡沫陶瓷骨架、泡沫碳骨架中的至少一種，所述基體材料選自鋁及鋁基合金。
　　2.根據權利要求1所述的泡沫金剛石骨架增強鋁基復合材料，其 特征在于，所述泡沫金屬骨架選自泡沫鎳、泡沫銅、泡沫鈦、泡沫鈷、 泡沫鎢、泡沫鉬、泡沫鉻、泡沫鐵鎳、泡沫鋁中的一種；所述泡沫陶 瓷骨架選自泡沫A12O3、泡沫ZrO2、泡沫SiC、泡沫Si3N4、泡沫BN、 泡沫B4C、泡沫AlN、泡沫WC、泡沫Cr7C3中的一種。
　　3.根據權利要求2所述的泡沫金剛石骨架增強鋁基復合材料，其 特征在于，所述泡沫骨架襯底中，泡沫孔徑為0.01-10mm，開孔率 40-99.9％，泡沫孔洞均勻分布或隨機分布；泡沫骨架為平面結構或三 維立體結構。
　　4.根據權利要求1所述的泡沫金剛石骨架增強鋁基復合材料，其 特征在于，所述金剛石強化層選自金剛石膜、石墨烯包覆金剛石、碳 納米管包覆金剛石、石墨烯/碳納米管包覆金剛石中的一種。
　　5.根據權利要求4所述的泡沫金剛石骨架增強鋁基復合材料，其 特征在于，金剛石強化層中，石墨烯包覆金剛石是指在金剛石表面原 位生長石墨烯，且石墨烯垂直于金剛石表面形成石墨烯墻； 碳納米管包覆金剛石是指在金剛石表面催化生長碳納米管，且碳 納米管垂直于金剛石表面形成碳納米管林； 石墨烯/碳納米管包覆金剛石是指在金剛石表面原位生長石墨烯 膜后再催化生長碳納米管林，且石墨烯在金剛石表面鋪展成膜，碳納 米管垂直于金剛石和石墨烯表面形成碳納米管林。
　　6.根據權利要求1-5任意一項所述的泡沫金剛石骨架增強鋁基復 合材料，其特征在于，基體材料中還添加有強化顆粒，強化顆粒選自 高導熱顆粒、超硬耐磨顆粒、導電顆粒中的至少一種；所述高導熱顆 粒選自金剛石粉、石墨烯、碳納米管、石墨烯包覆金剛石微球、碳納 米管包覆金剛石微球、碳納米管包覆石墨烯中的至少一種；超硬耐磨 顆粒選自金剛石粉、SiC、TiC、TiN、AlN、Si3N4、Al2O3、BN、WC、 MoC、Cr7C3中的至少一種；導電顆粒選自石墨、碳納米管、石墨烯 中的至少一種。
　　7.根據權利要求6所述的泡沫金剛石骨架增強鋁基復合材料，其 特征在于，復合材料中，各組分的體積百分含量為：基體材料 10-95％，增強體5-80％，強化顆粒體積分數0-30％，各組分體積百 分之和為100％。
　　8.根據權利要求7所述的泡沫金剛石骨架增強鋁基復合材料，其 特征在于，在基體中，增強體以單體增強或多體陣列增強，所述多體 陣列增強是指增強體以層片狀平行分布或以柱狀平行分布于基體中。
　　9.一種泡沫金剛石骨架增強鋁基復合材料的制備方法，包括下 述步驟： 第一步：增強體的制備 將泡沫骨架襯底清洗、烘干后，采用化學氣相沉積在泡沫骨架表 面原位生長金剛石，得到增強體；沉積參數為： 沉積金剛石膜：含碳氣體質量流量百分比為0.5-10％；生長溫度 為600-1000℃，生長氣壓為103-104Pa；或 將泡沫骨架襯底清洗、烘干后，采用化學氣相沉積在泡沫骨架表 面原位生長石墨烯包覆金剛石、碳納米管包覆金剛石、碳納米管/石 墨烯包覆金剛石，沉積過程中在泡沫骨架襯底上施加等離子輔助生 長，并通過在襯底底部添加磁場把等離子體約束在泡沫骨架近表面， 強化等離子對泡沫骨架表面的轟擊，使石墨烯垂直于泡沫骨架表面生 長，形成石墨烯墻，得到增強體；沉積工藝為： 沉積石墨烯墻：含碳氣體質量流量百分比為0.5-80％；生長溫度 為400-1200℃，生長氣壓為5-105Pa；等離子電流密度為0-50mA/cm2； 沉積區域中磁場強度為100高斯至30特斯拉； 沉積石墨烯包覆金剛石：首先，采用化學氣相沉積技術在襯底表 面沉積金剛石，沉積參數為：含碳氣體質量流量百分比為0.5-10％； 生長溫度為600-1000℃，生長氣壓為103-104Pa；然后，再在金剛石表 面沉積石墨烯墻，石墨烯垂直于金剛石表面生長，形成石墨烯墻，沉 積參數為：含碳氣體質量流量百分比為0.5-80％；生長溫度為 400-1200℃，生長氣壓為5-105Pa；等離子電流密度為0-50mA/cm2；沉 積區域中磁場強度為100高斯至30特斯拉； 沉積碳納米管包覆金剛石：首先，采用化學氣相沉積技術在襯底 表面沉積金剛石，沉積參數為：含碳氣體質量流量百分比為0.5-10％； 生長溫度為600-1000℃，生長氣壓為103-104Pa；然后，在金剛石表面 采用電鍍、化學鍍、蒸鍍、磁控濺射、化學氣相沉積、物理氣相沉積 中的一種方法在襯底表面沉積鎳、銅、鈷的一種或復合催化層，最后 沉積碳納米管，沉積參數為：含碳氣體質量流量百分比為5-50.0％； 生長溫度為400-1300℃，生長氣壓為103-105Pa；等離子電流密度為 0-30mA/cm2；沉積區域中磁場強度為100高斯至30特斯拉； 沉積石墨烯/碳納米管包覆金剛石：首先，采用化學氣相沉積技 術在襯底表面沉積金剛石，沉積參數為：含碳氣體質量流量百分比為 0.5-10％；生長溫度為600-1000℃，生長氣壓103-104Pa；然后，在金 剛石表面沉積石墨烯膜，沉積參數為：含碳氣體質量流量百分比為 0.5-80％；生長溫度為400-1200℃，生長氣壓為5-105Pa；等離子電流 密度為0-50mA/cm2；沉積區域中磁場強度為100高斯至30特斯拉；最 后，在石墨烯表面采用電鍍、化學鍍、蒸鍍、磁控濺射、化學氣相沉 積、物理氣相沉積中的一種方法在襯底表面沉積鎳、銅、鈷的一種或 復合催化層后，沉積碳納米管林，沉積參數為：含碳氣體質量流量百 分比為5-80％；生長溫度為400-1200℃，生長氣壓為5-105Pa；等離子 電流密度為0-50mA/cm2； 第二步：采用壓力熔滲技術將具有金剛石強化層的增強體與鋁基 體復合。
　　10.根據權利要求9所述的一種泡沫金剛石骨架增強鋁基復合材 料的制備方法，其特征在于：第一步中，泡沫骨架襯底清洗、烘干后， 先采用電鍍、化學鍍、蒸鍍、磁控濺射、化學氣相沉積、物理氣相沉 積中的一種方法在襯底表面沉積鎳、銅、鎢、鉬、鈦、銀、鉻中的一 種或復合金屬層，然后，置于納米晶和微米晶金剛石混合顆粒的懸濁 液中，加熱至沸騰后，于超聲波中震蕩、分散均勻，得到網孔中間鑲 嵌大量納米晶和微米晶金剛石顆粒的泡沫骨架襯底；對泡面骨架襯底 采用化學氣相沉積在泡沫骨架表面或金剛石顆粒表面原位生長金剛 石膜、石墨烯包覆金剛石、碳納米管包覆金剛石、碳納米管/石墨烯 包覆金剛石，得到增強體。
　　11.根據權利要求9或10所述的一種泡沫金剛石骨架增強鋁基復 合材料的制備方法，其特征在于：在增強體表面制備一層改性層后， 采用壓力熔滲技術與鋁基體復合；所述改性層選自鎢、碳化鎢、鉬、 碳化鉬、鉻、碳化鉻、鈦、碳化鈦、鎳、銅、鋁、鉑、鎢基合金、鉬 基合金、鉻基合金、鈦基合金、鎳基合金、銅基合金、鋁基合金、鉑 基合金中的至少一種；采用電鍍、化學鍍、蒸鍍、磁控濺射、化學氣 相沉積、物理氣相沉積中的一種方法在增強體表面制備改性層。