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　　申请号：201610161943.1
　　申请人：中南大学
　　发明人：魏秋平 周科朝 马莉 余志明 李志友

　　摘要：本发明提供了一种泡沫金刚石骨架增强铝基复合材料及制备方法，所述复合材料由泡沫衬底、金刚石强化层、基体材料组成，泡沫衬底为泡沫金属或泡沫陶瓷或泡沫碳。基体材料为铝及其合金。金刚石强化层为金刚石或金刚石与石墨烯或/和碳纳米管的复合。本发明方法制得的复合材料增强相与基体相在三维空间内保持连续分布，使金刚石和基体形成网络互穿构形，有效弱化复合界面对材料热学性能的影响，既不降低金属基体良好塑韧性，又能使增强相成为一个整体，最大限度地发挥增强体的导热效率，使复合材料的热导率、导电率及机械强度相比较传统复合材料有极大提高，是一种很有潜力的多功能复合材料。 　　主权利要求：1.泡沫金刚石骨架增强铝基复合材料，其特征在于，所述复合材料包括增强体、基体材料，所述增强体包括泡沫骨架衬底、金刚石强化层，所述泡沫骨架衬底表面设有金刚石强化层；所述泡沫骨架衬底选自泡沫金属骨架、泡沫陶瓷骨架、泡沫碳骨架中的至少一种，所述基体材料选自铝及铝基合金。
　　2.根据权利要求1所述的泡沫金刚石骨架增强铝基复合材料，其 特征在于，所述泡沫金属骨架选自泡沫镍、泡沫铜、泡沫钛、泡沫钴、 泡沫钨、泡沫钼、泡沫铬、泡沫铁镍、泡沫铝中的一种；所述泡沫陶 瓷骨架选自泡沫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中的一种。
　　3.根据权利要求2所述的泡沫金刚石骨架增强铝基复合材料，其 特征在于，所述泡沫骨架衬底中，泡沫孔径为0.01-10mm，开孔率 40-99.9％，泡沫孔洞均匀分布或随机分布；泡沫骨架为平面结构或三 维立体结构。
　　4.根据权利要求1所述的泡沫金刚石骨架增强铝基复合材料，其 特征在于，所述金刚石强化层选自金刚石膜、石墨烯包覆金刚石、碳 纳米管包覆金刚石、石墨烯/碳纳米管包覆金刚石中的一种。
　　5.根据权利要求4所述的泡沫金刚石骨架增强铝基复合材料，其 特征在于，金刚石强化层中，石墨烯包覆金刚石是指在金刚石表面原 位生长石墨烯，且石墨烯垂直于金刚石表面形成石墨烯墙； 碳纳米管包覆金刚石是指在金刚石表面催化生长碳纳米管，且碳 纳米管垂直于金刚石表面形成碳纳米管林； 石墨烯/碳纳米管包覆金刚石是指在金刚石表面原位生长石墨烯 膜后再催化生长碳纳米管林，且石墨烯在金刚石表面铺展成膜，碳纳 米管垂直于金刚石和石墨烯表面形成碳纳米管林。
　　6.根据权利要求1-5任意一项所述的泡沫金刚石骨架增强铝基复 合材料，其特征在于，基体材料中还添加有强化颗粒，强化颗粒选自 高导热颗粒、超硬耐磨颗粒、导电颗粒中的至少一种；所述高导热颗 粒选自金刚石粉、石墨烯、碳纳米管、石墨烯包覆金刚石微球、碳纳 米管包覆金刚石微球、碳纳米管包覆石墨烯中的至少一种；超硬耐磨 颗粒选自金刚石粉、SiC、TiC、TiN、AlN、Si3N4、Al2O3、BN、WC、 MoC、Cr7C3中的至少一种；导电颗粒选自石墨、碳纳米管、石墨烯 中的至少一种。
　　7.根据权利要求6所述的泡沫金刚石骨架增强铝基复合材料，其 特征在于，复合材料中，各组分的体积百分含量为：基体材料 10-95％，增强体5-80％，强化颗粒体积分数0-30％，各组分体积百 分之和为100％。
　　8.根据权利要求7所述的泡沫金刚石骨架增强铝基复合材料，其 特征在于，在基体中，增强体以单体增强或多体阵列增强，所述多体 阵列增强是指增强体以层片状平行分布或以柱状平行分布于基体中。
　　9.一种泡沫金刚石骨架增强铝基复合材料的制备方法，包括下 述步骤： 第一步：增强体的制备 将泡沫骨架衬底清洗、烘干后，采用化学气相沉积在泡沫骨架表 面原位生长金刚石，得到增强体；沉积参数为： 沉积金刚石膜：含碳气体质量流量百分比为0.5-10％；生长温度 为600-1000℃，生长气压为103-104Pa；或 将泡沫骨架衬底清洗、烘干后，采用化学气相沉积在泡沫骨架表 面原位生长石墨烯包覆金刚石、碳纳米管包覆金刚石、碳纳米管/石 墨烯包覆金刚石，沉积过程中在泡沫骨架衬底上施加等离子辅助生 长，并通过在衬底底部添加磁场把等离子体约束在泡沫骨架近表面， 强化等离子对泡沫骨架表面的轰击，使石墨烯垂直于泡沫骨架表面生 长，形成石墨烯墙，得到增强体；沉积工艺为： 沉积石墨烯墙：含碳气体质量流量百分比为0.5-80％；生长温度 为400-1200℃，生长气压为5-105Pa；等离子电流密度为0-50mA/cm2； 沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉； 沉积石墨烯包覆金刚石：首先，采用化学气相沉积技术在衬底表 面沉积金刚石，沉积参数为：含碳气体质量流量百分比为0.5-10％； 生长温度为600-1000℃，生长气压为103-104Pa；然后，再在金刚石表 面沉积石墨烯墙，石墨烯垂直于金刚石表面生长，形成石墨烯墙，沉 积参数为：含碳气体质量流量百分比为0.5-80％；生长温度为 400-1200℃，生长气压为5-105Pa；等离子电流密度为0-50mA/cm2；沉 积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉； 沉积碳纳米管包覆金刚石：首先，采用化学气相沉积技术在衬底 表面沉积金刚石，沉积参数为：含碳气体质量流量百分比为0.5-10％； 生长温度为600-1000℃，生长气压为103-104Pa；然后，在金刚石表面 采用电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉积 中的一种方法在衬底表面沉积镍、铜、钴的一种或复合催化层，最后 沉积碳纳米管，沉积参数为：含碳气体质量流量百分比为5-50.0％； 生长温度为400-1300℃，生长气压为103-105Pa；等离子电流密度为 0-30mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉； 沉积石墨烯/碳纳米管包覆金刚石：首先，采用化学气相沉积技 术在衬底表面沉积金刚石，沉积参数为：含碳气体质量流量百分比为 0.5-10％；生长温度为600-1000℃，生长气压103-104Pa；然后，在金 刚石表面沉积石墨烯膜，沉积参数为：含碳气体质量流量百分比为 0.5-80％；生长温度为400-1200℃，生长气压为5-105Pa；等离子电流 密度为0-50mA/cm2；沉积区域中磁场强度为100高斯至30特斯拉；最 后，在石墨烯表面采用电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉 积、物理气相沉积中的一种方法在衬底表面沉积镍、铜、钴的一种或 复合催化层后，沉积碳纳米管林，沉积参数为：含碳气体质量流量百 分比为5-80％；生长温度为400-1200℃，生长气压为5-105Pa；等离子 电流密度为0-50mA/cm2； 第二步：采用压力熔渗技术将具有金刚石强化层的增强体与铝基 体复合。
　　10.根据权利要求9所述的一种泡沫金刚石骨架增强铝基复合材 料的制备方法，其特征在于：第一步中，泡沫骨架衬底清洗、烘干后， 先采用电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气相沉积、物理气相沉 积中的一种方法在衬底表面沉积镍、铜、钨、钼、钛、银、铬中的一 种或复合金属层，然后，置于纳米晶和微米晶金刚石混合颗粒的悬浊 液中，加热至沸腾后，于超声波中震荡、分散均匀，得到网孔中间镶 嵌大量纳米晶和微米晶金刚石颗粒的泡沫骨架衬底；对泡面骨架衬底 采用化学气相沉积在泡沫骨架表面或金刚石颗粒表面原位生长金刚 石膜、石墨烯包覆金刚石、碳纳米管包覆金刚石、碳纳米管/石墨烯 包覆金刚石，得到增强体。
　　11.根据权利要求9或10所述的一种泡沫金刚石骨架增强铝基复 合材料的制备方法，其特征在于：在增强体表面制备一层改性层后， 采用压力熔渗技术与铝基体复合；所述改性层选自钨、碳化钨、钼、 碳化钼、铬、碳化铬、钛、碳化钛、镍、铜、铝、铂、钨基合金、钼 基合金、铬基合金、钛基合金、镍基合金、铜基合金、铝基合金、铂 基合金中的至少一种；采用电镀、化学镀、蒸镀、磁控溅射、化学气 相沉积、物理气相沉积中的一种方法在增强体表面制备改性层。