[发明专利]碳纳米复合材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及以改善润湿性为目的的碳纳米复合材料及其制造方 法。

背景技术

近年来，称为碳纳米纤维的特殊的碳纤维作为强化材料而引人注 目，从而提出了将其灵活应用的方法。

图10是碳纳米纤维的模型图。碳纳米纤维110处于将排列成六 角网状的碳原子的薄片卷绕成筒状的形态，直径D为1.0nm(纳米)～ 150nm，为纳米级，因而被称为碳纳米纤维、碳纳米材料或碳纳米管。 长度L为几um～100um。

碳原子排列成立方晶格的物质是金刚石，金刚石是非常硬的物 质。碳纳米纤维110与金刚石相同形成规则的结晶构造，因而机械的 强度较大。

图11(a)～(c)是说明碳纳米纤维的问题点的图。

在图11(a)中，在容器111中充满介质112，在该介质112中 放入碳纳米纤维113。

在图11(b)中，用搅拌机114进行充分搅拌。该搅拌也可以采 用振动式搅拌机进行。

图11(c)表示放置一定时间的之后的状态。可知碳纳米纤维113 沉淀在容器111的底部。

若介质112的比重较大时，碳纳米纤维113就积存在上部。

在介质112为熔融金属的情况下，碳纳米纤维113似乎积存在熔 融金属上，而不能使碳纳米纤维113均匀地分散在金属中。碳纳米纤 维113相对于熔融金属的润湿性不佳是其原因。

于是，正如日本特开2006-44970号公报所公开的那样，提出了 以改善润湿性为目的的表面处理方法。

图12表示了用日本特开2006-44970号所公开的方法制造的碳纳 米复合材料。

碳纳米复合材料120由未凝聚的碳纳米材料121以及均匀地附着 在该碳纳米材料121的表面上的大量Si微粒122构成。这些Si微粒 122是使能够与碳发生反应而生成化合物的元素即Si结晶化而得到 的物质。通过在碳纳米材料121表面附着Si微粒122，在界面形成 SiC的反应层，Si微粒122牢固地附着在碳纳米材料121上。

在真空炉的炉温为1400℃，炉压为6×10^-3～2.1×10^-1Pa的条件 下实施蒸镀处理。

但是，碳纳米材料121露出的部分123不少。该露出部分123的 润湿性依旧不佳。

因此，虽使碳纳米材料121与熔融树脂或熔融金属混合，但无法 期待树脂或金属与露出部分123的粘接。其结果是，已经判明不能得 到所期待那种程度的强度提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种使碳纳米材料均匀地分散于熔融金 属等中，从而能够进一步改善碳纳米材料的润湿性的处理方法。

本发明人对以往的碳纳米复合材料不能得到所期待的强度提高 进行了研究。在该研究中，查明了发生不良情况的主要原因之一是将 真空炉的炉温设定为1400℃，将炉压设定为6×10^-3～2.1×10^-1Pa。 于是，对真空炉的炉温和炉压与所得到的碳纳米复合材料的机械特性 之间的关系进行了仔细的研究。其结果是，能够特定合适的炉温和炉 压。其内容可归纳如下。

根据本发明的一个方案，提供一种碳纳米复合材料，其由碳纳米 材料和在该碳纳米材料表面形成的皮膜构成，上述皮膜含有Si元素， 其平均膜厚为10～50nm。

将平均膜厚为10～50nm的碳纳米复合材料添加到熔融金属中而 得到的复合金属的摩擦痕迹的深度减少。也就是说，可以明显确认硬 度等机械性质得以提高。皮膜含有Si。Si是具有在真空下能够进行 蒸镀的熔点的金属，与熔融金属的润湿性也良好。Si容易得到而且廉 价，因而在广泛普及本发明方面是优选的。

上述皮膜优选的是附着在上述碳纳米材料的整个表面上。因此， 金属和碳纳米材料的结合增强。

本发明的另一个方案涉及碳纳米复合材料的制造方法，其包括： 混合工序，其将碳纳米材料和含有Si元素的微粒进行混合；以及蒸 镀处理工序，其将所得到的混合物放入真空炉中，在高温真空下使上 述微粒蒸发，从而使该蒸气附着在上述碳纳米材料的表面；在上述蒸 镀处理工序中，将真空炉的炉温设定为1100～1250℃，而且将真空 炉的炉压设定为比上述设定的炉温下的上述微粒的饱和蒸气压低的 高真空。