CN109694970B - 铝系复合材料、使用该铝系复合材料的电线以及铝系复合材料的制造方法 - Google Patents
铝系复合材料、使用该铝系复合材料的电线以及铝系复合材料的制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种包含铝母相和分散体的铝系复合材料，该分散体分散在所述铝母相中并且形成为使得部分或者全部添加物与该铝母相中的铝反应，所述分散体的平均粒径为20nm以下，所述分散体的含量以碳量计为0.25质量％以上且0.72质量％以下，并且互相邻近的所述分散体之间的间隔210nm以下。
Description
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本申请基于2017年10月20日提交的日本专利申请No.2017-203551并要求其优先权，该专利的全文通过引用并入本申请。
技术领域
本发明涉及一种铝系复合材料、使用该铝系复合材料的电线以及铝系复合材料的制造方法。更具体地，本发明涉及一种具有高强度和良好导电率的铝系复合材料、使用该铝系复合材料的电线以及该铝系复合材料的制造方法。
背景技术
已经主要使用铜作为汽车用线束中使用的电线等的导体材料，不过作为导体减重的要求的结果铝也已经引起了注意。然而，虽然铝是轻量的，但是仍然存在与铜相比强度和导电率低的问题。因此，已经研究了通过结合铝和其他材料而提高强度和导电率的方法。
日本专利No.5296438描述了一种铝碳材料复合体的制造方法，包括在酸性溶液中用超声波处理碳材料的过程和将获得的碳材料与铝混合的过程。
此外，日本专利No.5296438中的铝碳材料复合体的制造方法描述了包括通过在惰性气体环境下球磨获得的混合物而将碳材料包封在铝中的过程。随后，在日本专利No.5296438中，描述了将碳纳米管用作碳材料，并且为了使碳纳米管功能化而使用硝酸处理碳纳米管。
发明内容
然而，在日本专利No.5296438中，目标是在不破坏碳纳米管的结构的情况下维持碳纳米管的结晶度，并且存在碳纳米管不能微细地分散的可能性。此外，在日本专利No.5296438中，碳纳米管的添加量高达5重量％，并且存在碳纳米管聚集在铝中的可能性。因此，即使添加碳纳米管，也存在铝碳材料复合体的强度不够强并且导电率降低的可能性。
已经鉴于这样的传统技术的问题做出本发明。本发明的目的是提供一种具有高强度和良好导电率的铝系复合材料、使用该铝系复合材料的电线以及该铝系复合材料的制造方法。
根据本发明第一方面的铝系复合材料包含铝母相和分散体，分散体在铝母相中分散并且形成为使得部分或者全部添加物与铝母相中的铝反应，所述分散体的平均粒径为20nm以下，所述分散体的含量以碳量计为0.25质量％以上且0.72质量％以下，并且互相邻近的所述分散体之间的间隔210nm以下。
根据本发明的第二方面的铝系复合材料涉及根据第一方面的铝系复合材料，其中所述添加物为选自由碳纳米管、碳纳米角、碳黑、碳化硼、和氮化硼组成的组中的至少一者。
根据本发明的第三方面的电线包括根据第一或者第二方面的铝系复合材料。
根据本发明的第四方面的铝系复合材料的制造方法是根据第一或者第二方面的铝系复合材料的制造方法，并且包括：将纯度99质量％以上的铝粉末与所述添加物混合以获得互相邻近的所述添加物之间的间隔为300nm以下的这样的混合粉末，通过压实所述混合粉末而制备生压坯，并且在600至660℃的温度下加热所述生压坯以使部分或者全部的所述添加物与所述铝粉末中的铝反应，以在所述铝母相内部分散由碳化铝形成的分散体。
根据本发明，能够提供具有高强度和良好导电率的铝系复合材料、使用该铝系复合材料的电线以及该铝系复合材料的制造方法。
附图说明
图1是示出碳纳米管的添加量和通过添加碳纳米管的铝系复合材料拉伸强度的增强量之间的关系的图表；
图2是示出对通过熔融加工形成的纯铝的拉伸强度增强的贡献的柱状图；
图3是根据本实施例的铝系复合材料中碳纳米管含量(以碳量计)和导电率之间的关系的图表；
图4是示出根据本实施例的铝系复合材料的制造方法的流程图；
图5是示出铝的导电率和铝中包含的氧的量之间的关系的图表；
图6是示出铝中包含的氧的量和铝粉末的表面积之间的关系的图表；
图7是实例1的横截面的电子显微照片；以及
图8是实例2的横截面的电子显微照片。
具体实施方式
以下，将参考附图详细描述根据本发明的实施例的铝系复合材料、使用该铝系复合材料的电线以及铝系复合材料的制造方法。为了便于说明，附图中的尺寸比例是夸大的并且可能不同于实际比例。
[铝系复合材料]
根据本实施例的铝系复合材料包含铝母相和分散体，分散体在铝母相中分散并且形成为使得部分或者全部添加物与铝母相中的铝反应。
通过传统的熔融加工制备的纯铝材料仅具有约85MPa的拉伸强度。此外，即使为了增加强度而添加碳，碳与铝仍具有不良的可湿性，并且因此难以在铝中均匀地分散碳。因此，即使使用这样的传统的铝材料，也难以抑制高温环境下的应力松弛。
与之相反，在根据本实施例的铝系复合材料中，分散体在铝母相内部高度分散并且铝的晶粒微细化。这样，能够通过使用使铝的凝固结构微细化和均匀化这样的铝系复合材料而增加强度。
作为铝系复合材料中的铝母相，优选使用具有99质量％以上纯度的铝。对于铝母相，在日本工业标准JIS H 2102(用于重熔的铝锭)规定的未合金的铝锭中，也优选使用1型铝锭以上纯度的铝锭。更具体地，能够引用具有99.7质量％纯度的1型铝锭、具有99.85质量％以上纯度的特2型铝锭以及具有99.90质量％以上纯度的特1型铝锭。通过使用这样的铝作为铝母相，能够提高获得的铝系复合材料的导电率。
顺便提及，铝母相可能包含原材料中以及在制造阶段混入的不可避免的杂质。可能包含在铝母相中的不可避免的杂质的实例包括锌(Zn)、镍(Ni)、锰(Mn)、铷(Rb)、铬(Cr)、钛(Ti)、锡(Sn)、钒(V)、镓(Ga)、硼(B)以及钠(Na)等。这些杂质不抑制本实施例的效果并且在不显著地影响根据本实施例的铝系复合材料的特征的范围内不可避免地包含。预先包含在待使用的铝锭中的元素也包括在此处提及的不可避免的杂质中。铝系复合材料中不可避免的杂质的总量优选为0.07质量％以下，更优选为0.05质量％以下。
在根据本实施例的铝系复合材料中，通过铝和添加物之间的反应形成的分散体在铝母相中高度分散。即，通过烧结将添加物结合至铝母相中的铝而形成分散体。不特别限定这样的添加物，但是优选为选自由碳纳米管、碳纳米角、碳黑、碳化硼(B4C)和氮化硼(BN)组成的组中的至少一者。这样的添加物容易与铝反应，并且因此，能够微细化铝的晶粒。
不特别限定铝母相中分散的分散体的形状，但是分散体的形状优选为棒状或者针状。利用棒状或者针状的分散体，提高铝母相内部的分散性，使得铝系复合材料的晶粒能够进一步微细化。当分散体为棒状或者针状时，长度(L)与直径(D)的比率优选为：长度(L)/直径(D)＝1-30。此外，长度(L)优选为0.01nm至500nm，并且直径(D)优选为0.01nm至200nm。通过将分散体的长度和直径设定在上述范围内，能够通过铝母相中分散的分散体充分提高拉伸强度。分散体的长度和直径能够通过在电子显微镜下观察铝系复合材料的横截面而测量。
铝母相中分散的分散体的平均粒径在20nm以下。通过将分散体的平均粒径设定在20nm以下，能够通过碳纳米管的分散体而提高铝系复合材料的强度。不特别限定铝母相中分散的分散体的平均粒径的下限，但是一般地为0.4nm以上。从提高强度的观点出发，铝母相中分散的分散体的平均粒径为10nm以下。分散体的平均粒径(D50)表示当基于体积的晶粒大小分布的累积值为50％时的颗粒大小，并且能够通过例如激光衍射/散射法测量。还能够通过例如在电子显微镜下观察测量的平均颗粒大小而确定分散体的平均粒径。
在根据本实施例的铝系复合材料中，更优选的是由棒状或者针状碳化铝(Al4C3)制成的分散体在铝母相内部高度分散。注意，通过棒状或者针状碳材料通过烧结与铝母相中的铝结合而形成碳化铝。作为这样的碳材料，能够使用从由碳纳米管、碳纳米角和碳纳米纤维组成的组中选择的至少一种。在它们之中，碳纳米管特别优选地用作碳材料。
能够使用已知的碳纳米管。碳纳米管可以用酸预先洗涤以除去诸如铂或者无定形碳这样的金属催化剂，或者可以通过预先高温处理而石墨化。当这样的碳纳米管经历这样的预处理时，碳纳米管能够为高纯度的或者高度结晶的。
通过上述碳材料和铝母相中的铝的反应而形成铝母相中分散的棒状或者针状碳化铝。此处，部分或者全部的诸如碳纳米管这样的碳材料已经与铝母相中的铝反应。在本实施例中，最优选的是全部的添加物碳材料与铝母相中的铝反应以将其组成改变为碳化铝。然而，例如，当碳纳米管的球状聚集部残留在铝母相中时，聚集物内部的碳纳米管不与铝母相接触。因此，存在碳纳米管因为处于铝母相中而残留的可能性。然而，从提高铝系复合材料的强度的观点出发，优选95质量％以上的添加物碳材料已经与铝母相中的铝反应，并且更优选为98质量％以上的碳材料已经与铝母相中的铝反应。特别优选的是全部的添加物碳材料已经与铝母相中的铝反应。
此外，在铝系复合材料中，相邻分散体之间的间隔为210nm以下。通过具有210nm以下的分散体间隔，铝母相内部的分散体的分散性能够提高并且铝晶粒也能够制成为微细的，并且由此能够提高铝系复合材料的强度。在铝系复合材料中，相邻分散体之间的间隔优选为200nm以下。
相邻分散体之间的间隔能够通过在电子显微镜下观察铝系复合材料的横截面并且直接地测量间隔且对间隔取平均值而确定。并且，相邻分散体之间的间隔能够通过在电子显微镜下观察铝系复合材料的横截面并且将每单位面积分散体的数量代入下式(1)而计算。
[数学式1]
在上式(1)中，a表示相邻分散体之间的间隔(μm)并且σ表示铝系复合材料中每单位面积分散体的数量(个/μm2)。
在根据本实施例的铝系复合材料中，分散体的含量以碳量计为0.25质量％以上且0.72质量％以下。通过将分散体的含量设定为0.25质量％以上，能够获得充分的拉伸强度。并且，通过将分散体的含量设定为0.72质量％以下，能够获得充分的导电率。从拉伸强度的观点出发，铝系复合材料中分散体的含量以碳量计更优选为0.50质量％以下。并且，从导电率的观点出发，铝系复合材料中分散体的含量以碳量计更优选为0.35质量％以上。
图1示出铝系复合材料中包含的碳纳米管(CNT)的含量与通过分散铝系复合材料的添加物而获得的拉伸强度(分散强化量)的贡献之间的关系。在图1中，x轴表示相邻分散体之间的间隔(nm)，并且y轴表示分散强化量(MPa)。如图1所示，随着铝系复合材料中碳量的增加，分散强化量趋向于提高。
分散强化量能够通过下式(2)表示的Orowan-Ashby模型的表达式而计算：
[数学式2]
在上式(2)中，ΔσD是分散强化量(MPa)，M是泰勒因子(Taylor factor)(无单位)，G是硬度模量(MPa)，b是伯格斯矢量(Burgers vector)(nm)，r0是平均粒径(nm)，并且x是相邻分散体之间的间隔(nm)。
另外，在上式(2)中，相邻分散体之间的间隔x能够由下式(3)表示：
[数学式3]
在上式(3)中，r0是分散体的平均粒径(nm)，并且fv是分散体的含量(质量比)。
此处，如图2所示，通过熔融加工形成的纯铝的拉伸强度为85MPa。然后，通过粉末冶金获得的氧化物分散体和晶粒微细化对拉伸强度的贡献为63MPa，并且通过碳纳米管的晶粒微细化对拉伸强度的贡献为12MPa。因此，为了使得铝系复合材料中拉伸强度等于纯铜的拉伸强度，即250MPa，需要通过将添加物分散在铝母相中而增强作为两者之间的差的90MPa的拉伸强度。因此，为了使得根据本实施例的铝系复合材料的拉伸强度等于纯铜的伸强度，根据图1，需要将分散体的含量设定为以碳量计的0.25质量％以上。顺便提及，在本说明书中拉伸强度值能够根据JIS Z 2241(室温下金属材料拉伸试验测试法)而测量。
另一方面，图3示出铝系复合材料中包含的碳纳米管(CNT)的含量与通过铝系复合材料的导电率之间的关系。如图3所示，作为添加物的碳纳米管与导电率之间存在线性函数相关。即，随着铝系复合材料中碳量增加，导电率降低。
此处，根据JASO D 603，要求将导电率设定为58％IACS以上。因此，为了将根据本实施例的铝系复合材料的导电率设定为58％IACS以上，根据图3，需要将分散体的含量设定为以碳量计的0.72质量％以下。当分散体的含量设定为以碳量计的0.25质量％以上且0.72质量％以下时，就碳化铝的含量而言，
上述含量为大约0.99质量％以上且2.85质量％以下。此外，本说明书中的电导率值能够根据JIS H 0505(非铁材料的电阻率和导电率的测量方法)而测量。
在根据本实施例的铝系复合材料中，铝母相的晶粒尺寸优选为2μm以下。随着铝母相的晶粒尺寸微细化至2μm以下，能够增加铝系复合材料的强度和韧性。能够通过平均晶粒截距法确定铝母相的晶粒尺寸。
如上所述，本实施例中的铝系复合材料包含铝母相和分散体，分散体在铝母相中分散并且形成为使得部分或者全部添加物与铝母相中的铝反应。在铝系复合材料中，分散体的平均粒径为20nm以下，分散体的含量为以碳量计的0.25质量％以上且0.72质量％以下，并且互相邻近的分散体之间的间隔为210nm以下。
因此，通过纳米级分散体在铝母相中的不聚集地均匀地高度分散，铝系复合材料的强度能够增加至与铜相当的水平以微细化铝晶粒。并且，由于铝系复合材料中的分散体是纳米级的并且均匀地分散，所以导电率不显著低于纯铝的导电率。因此，使用铝系复合材料的诸如汇流条的导电部件、导体和端子具有高导电性并且即使在高温环境下也能够使用。
[电线]
根据本实施例的电线包括上述铝系复合材料。如上所述，本实施例的铝系复合材料具有高强度和导电率并且因此能够通过拉丝而用作电线的导体。根据本实施例的电线可以是包括导体(例如，股线)和设置于导体外周的被覆层的电线，其中所述导体包括由铝系复合材料制成的单元线。因此，完全不限制其他特定的构造、形状以及制造方法。
也不特别限定构成导体的单元线的形状等。例如，当单元线为圆电线并且用于汽车的电线时，直径(即，最终电线直径)优选为约0.07mm至1.5mm，并且更优选为约0.14mm至0.5mm。
作为用于被覆层的树脂的类型，能够可选地使用诸如交联聚乙烯、聚丙烯等的烯烃树脂，或者诸如氯乙烯这样的已知的绝缘树脂。此外，能够适当的确定被覆层的厚度。该电线能够用于诸如电气或者电子构件、机械构件、车辆用构件、建筑材料等的各种应用，但是能够特别地优选为用作汽车的电线。
顺便提及，使用本实施例中的铝系复合材料作为导体的电线可以在冷态下固相结合至使用由另一金属材料制成的导体的电线。为了促进与电子设备的连接，端子金属配件可以压接至由铝系复合材料制成的导体。
[铝系复合材料的制造方法]
接着，将描述上述铝系复合材料的制造方法。如图4所示，首先称重作为铝系复合材料的原材料的铝粉末和添加物。对于铝粉末，如上所述，优选的是使用99质量％以上纯度的铝以提高导电率。对于添加物，如上所述，优选的是使用例如碳纳米管、碳纳米角、碳黑、碳化硼(B4C)、氮化硼(BN)等。
在称重处理中，铝粉末和添加物称重为使得获得的铝系复合材料中分散体的含量以碳量计为0.25质量％以上且0.72质量％以下。
然后，将称重的铝粉末和添加物混合以制备混合粉末。不特别限定混合铝粉末和添加物的方法，并且能够通过研磨的干法和使用醇来混合的湿法中的至少一者混合铝粉末和添加物。
在混合粉末中，优选的是互相邻近的添加物之间的间隔为300nm以下。通过将互相邻近的添加物之间的间隔设定为300nm以下，互相邻近的分散体之间的间隔能够在后续压缩成型中制成为210nm以下。
能够通过控制混合法而制备互相邻近的添加物之间的间隔。例如，在通过研磨混合的情况下，能够利用总碰撞能量设定为预定值以上的研磨而减小互相邻近的添加物之间的间隔。能够使用下式(4)计算研磨的碰撞能量：
P*＝(PtPW/K) (4)
在上式(4)中，P*是总碰撞能量(kJ/kg)，P是每单位时间施加的碰撞能量(kJ/(s·kg))，t是研磨时间(s)，PW是粉末的重量(kg)，并且K是罐的相对旋转速度(自转速度-公转速度)(rpm)。
总的研磨的碰撞能量优选为1500kJ/kg以上且5000kJ/kg以下。通过将总的研磨的碰撞能量设定为1500kJ/kg以上，能够减小相邻添加物之间的间隔并且能够提高生成的铝系复合材料中分散体的分散性。此外，通过将总的研磨的碰撞能量设定为5000kJ/kg以下，能够减轻由于研磨导致的铝系复合材料的劣化。总的研磨的碰撞能量更优选为2000kJ/kg以上且4000kJ/kg以下。
研磨的自转和公转速度优选为例如200rpm至250rpm。此外，研磨的旋转时间优选为5分钟至10分钟。粉末量为380g至800g，并且优选的是包封约3kg的、赋予冲击能量的、5mm至10mm直径的氧化锆球。通过将研磨条件设定为上述范围，研磨的总碰撞能量能够设定为最优范围。
接着，通过压实混合的铝粉末和添加物而制备生压坯。在压实处理中，通过向混合粉末施加压力而压缩混合粉末以制备生压坯。在压实处理中，混合粉末优选为以混合粉末中铝粉末和添加物之间的间隙最小化的方式压缩。
作为在生压坯的压实处理中向混合粉末施加压力的方法，能够使用已知的方法。例如，能够引用将混合粉末送入管状的压实容器并且随后容器中的混合粉末被加压的方法。不特别限定待施加于混合粉末的压力，并且优选的是适当地调整压力使得铝粉末和添加物之间的间隔最小化。当混合处理中相邻添加物之间的间隔设定为300nm以下时，压实处理中铝系复合材料中相邻分散体之间的间隔能够制成为210nm以下。
待施加于混合粉末的压力可以为例如能够将铝粉末充分压实的400MPa至600MPa。此外，能够例如在室温下进行压实处理中向混合粉末施加压力的处理。此外，在压实处理中压力施加于混合粉末期间的时长能够为例如5秒至60秒。
接着，通过烧结获得的生压坯，使部分或者全部的添加物与铝粉末中的铝反应，以使得碳化铝形成的分散体在铝母相内部分散。在烧结处理中，需要铝粉末和添加物反应以形成分散体，并且因此，生压坯的烧结温度设定为600℃以上。如果烧结温度低于600℃，则铝粉末和添加物之间的结合反应不能充分进行，并且所得的铝系复合材料的强度可能不足。不特别限定烧结温度的上限，但是优选设定为作为铝的熔化温度的660℃以下并且更优选为630℃以下。
不特别限定生压坯的烧结时间，并且优选设定为铝粉末和添加物反应所需的时间。更具体地，生压坯的烧结时间优选设定为例如0.5小时至5小时。此外，关于生压坯的烧结环境，生压坯需要在诸如真空这样的惰性环境下烧结，以抑制铝粉末和添加物的氧化。
通过进行这样的烧结处理，能够获得分散体在铝母相中分散的铝系复合材料。为了使获得的铝系复合材料更容易处理，优选的是挤出在烧结处理中获得的烧结体。通过挤出烧结体，能够获得棒、板等。
不特别限定挤出烧结体的方法，并且能够使用任意已知的方法。例如，能够引用烧结体放入筒状挤出装置并且随后加热并挤出烧结体的方法。烧结体优选为加热至烧结体能够挤出的300℃以上。通过进行这样的挤出处理，能够获得用于粗拉丝和板材的固体材料。
在根据本实施例的制造方法中，铝粉末的平均粒径(D50)优选为20μm以上。即使铝粉末的平均粒径小于20μm，也能够提高获得的铝系复合材料的强度。然而，当平均粒径小于20μm时，铝粉末的表面的氧量增加并且可能降低导电率。即，铝与空气中的氧反应并且在表面形成密集的氧化膜，并且因此可能降低导电率。
图5示出铝的导电率和铝中包含的氧的量之间的关系。此外，图6示出铝中包含的氧的量和铝粉末的表面积之间的关系。为了将铝系复合材料调整为例如JASO D 603，要求导电率为58％IACS以上。因此，根据图5，铝中包含的氧的量优选为0.21质量％以下。然后，根据图6，为了使铝中包含的氧的量等于0.21质量％以下，优选的是将铝粉末的比表面积设定为0.75m2/g以下。因此，为了使铝粉末的比表面积等于0.75m2/g以下，在铝粉末保持球状的假设下计算的铝粉末的平均粉末直径优选为0.75μm以上。
假定铝粉末的形状基本为球状是指铝粉末的纵横比在1至2的范围内。在本说明书中，纵横比是表示由颗粒的显微图像中的(最大长径/与最大长径垂直的宽度)限定的颗粒形状的值。
当铝粉末的形状为扁平时，通过使铝粉末变薄而增加表面积，使得能够提高粉末表面上分散体的分散程度。更具体地，如果具有20μm粉末直径的球状粉末加工为厚度1μm且长径72μm的扁平形状，则扁平形状的粉末的表面积等于具有3μm粉末直径的球状粉末的表面积。因此，当铝粉末的形状为扁平时，不特别限定铝粉末的平均粉末直径的上限。注意，“铝粉末的形状为扁平”是指铝粉末的最大长径与厚度的比率(最大长径/厚度)在10至100的范围内。能够通过在扫描电子显微镜(SEM)下观察而测量铝粉末的平均粉末直径、最大长径以及垂直于最大长径的宽度和厚度。
不特别限定将铝粉末加工为扁平形状的方法并且能够使用已知的方法。例如，能够通过将直径5mm至10mm的球、铝粉末和添加物放入行星式球磨机的罐中并且使混合物经历旋转处理而获得扁平的铝粉末。
如上所述，根据本实施例的铝系复合材料的制造方法包括将纯度为99质量％以上的铝粉末和添加物混合以获得互相邻近的添加物之间的间隔为300nm以下这样的混合粉末的步骤。铝系复合材料的制造方法包括通过压实混合粉末而制备生压坯的步骤。铝系复合材料的制造方法包括在600至660℃的温度下加热生压坯以使部分或者全部的添加物与铝粉末中的铝反应，以在铝母相内部分散碳化铝形成的分散体的步骤。因此，根据本实施例的制造方法，能够提供具有高强度和良好导电率的铝系复合材料。
实例
以下，将参考实例和比较例更详细地描述本发明，但是本发明不限于这些实例。
[实例1]
首先，称重396g纯铝粉末和1.99g碳纳米管(CNT)，使得获得的分散体的含量为以碳量计的0.5质量％。如下使用纯铝粉末和碳纳米管：
(铝粉末)
Minalco Ltd.制造的“#260S”
颗粒大小：75μm以下(通过罗太普(Ro-tap)法筛选)
(碳纳米管)
由CNano Technology Limited制造，产品名：Flotube 9100
平均直径：10至15nm
平均长度：10μm
平均粒径(D50)：20nm
接着，将称重的铝粉末和碳纳米管放入行星式球磨机的罐，并且通过旋转处理利用研磨而制备混合粉末。作为行星式球磨机，使用由Seishin Engineering Co.,Ltd.制造的“SKF-04”。
研磨也调整为使得每单位时间施加的碰撞能量为5kJ/(s·kg)并且总碰撞能量为3015kJ/kg。在本实例中，在铝粉末和碳纳米管的混合过程中给予充足的碰撞能量使得铝粉末形成为扁平的形状。
具体研磨条件如下：
自转速度：250rpm
公转速度：250rpm
旋转时间：5分钟
在扫描电子显微镜(SEM)下观察获得的混合粉末的横截面，并且碳纳米管之间的平均间隔为206nm。
此外，获得的混合粉末放入金属模具并且在室温下施加600MPa压力以制备生压坯。
通过使用电炉将获得的生压坯在真空中在630℃下加热300分钟以获得铝系复合材料。
[实例2]
行星式球磨调整为使得每单位时间施加的碰撞能量为2.6kJ/(s·kg)并且总碰撞能量为772kJ/kg，并且研磨纯铝粉末和碳纳米管。
具体研磨条件如下：
自转速度：120rpm
公转速度：120rpm
旋转时间：5分钟
除了上述条件，以与实例1相同的方式获得铝系复合材料。在本实例中，由于在铝粉末和碳纳米管的混合过程中碰撞能量不是充分的，所以铝粉末未形成为扁平的形状。
当在扫描电子显微镜(SEM)下观察获得的混合粉末的横截面时，碳纳米管之间的平均间隔为356nm。
[评价]
在扫描电子显微镜下观察实例1和实例2的铝系复合材料的截面以测量碳纳米管之间的间隔。并且，测量实例1和实例2的铝系复合材料的拉伸强度和导电率。根据JISZ2241测量拉伸强度。根据JIS H 0505测量导电率。这些结果在表1中示出。此外，实例1和实例2的电子显微图分别如图7和8所示。
[表1]
由于通过在预定的能量水平以上研磨铝粉末和碳纳米管而获得实例1的混合粉末，所以碳纳米管能够并入铝粉末的内部。因此，碳纳米管之间的间隔为平均206μm，使得碳纳米管之间的间隔能够减小至210nm以下。
另一方面，由于通过在小于预定能量水平下研磨铝粉末和碳纳米管而获得实例2的混合粉末，所以碳纳米管不能并入铝粉末内部。因此，碳纳米管之间的间隔取决于铝粉末，碳纳米管之间的间隔为平均356μm并且因此碳纳米管之间的间隔不能减小至210nm以下。
如上所述，通过用高能量研磨铝粉末和碳纳米管，碳纳米管之间的间隔能够降低至210nm以下并且碳纳米管能够在铝中高度分散。
此处，碳纳米管的分散强化以及碳纳米管晶粒的微细化极大地有助于铝碳纳米管复合材料的强化机制。然后，通过将任意值代入上式(2)和式(3)表示的用于分散体的平均粒径的Orowan-Ashby模型的式，计算相邻分散体之间的间隔和分散强化量。在本实例中，在上式(2)中，M为3.1，G为30MPa，并且b为0.27nm。在表2中示出结果。测量表2所示的各个实例中的铝系复合材料的导电率。根据JIS H 0505测量导电率。使用平均粒径为20μm的纯铝粉末，但是由于粉末通过研磨而扁平化为厚度1μm并且长径72μm，所以颗粒的比表面积对应于3μm的平均粒径。
[表2]
如表2所示，通过将平均粒径和分散体的含量设定在预定范围内，相邻分散体之间的间隔能够减小至210nm以下。然后，发现这样的铝系复合材料的强度和导电率优异。
虽然已经通过实例的方式描述了本发明，但是本发明不限于这些实例，并且能够在本发明的精神的范围内做出各种修改例。
Claims (3)
1.一种包含铝母相和分散体的铝系复合材料，所述分散体分散在所述铝母相中并且形成为使得部分或者全部添加物与所述铝母相中的铝反应，其中
所述分散体的平均粒径为20nm以下，
所述分散体的含量以碳量计为0.25质量％以上且0.72质量％以下，
互相邻近的所述分散体之间的间隔为210nm以下，
所述铝系复合材料具有250MPa以上的拉伸强度和58％IACS以上的导电率，并且
所述添加物为选自由碳纳米管、碳纳米角、碳黑和碳化硼组成的组中的至少一者。
2.一种包含根据权利要求1所述的铝系复合材料的电线。
3.一种根据权利要求1所述的铝系复合材料的制造方法，所述方法包括：
将纯度为99质量％以上的铝粉末与所述添加物混合以获得互相邻近的所述添加物之间的间隔为300nm以下的这样的混合粉末；
通过压实所述混合粉末而制备生压坯；以及
在600至660℃的温度下加热所述生压坯以使部分或者全部的所述添加物与所述铝粉末中的铝反应，以在所述铝母相内部分散由碳化铝形成的分散体。
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