[发明专利]碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明提供一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，属于纳米复合材料的制备技术领域。

背景技术

自从1991年碳纳米管被发现以来，这种材料所具有的高强度与高的电导率及热导率、低热膨胀系数等优良性能很快引起了材料科学工作者的重视并成为一个研究热点。在对碳纳米管的制备工艺与性能方面进行研究的同时，利用碳纳米管的优良性能来制备复合材料的问题也很快引起了材料学界的重视。碳纳米管首先在增强树脂基复合材料方面取得了很大进展。而在制备金属基复合材料方面，虽然也有一些研究报道，但同时也还面临着很大的困难，这其中的主要困难在于碳纳米管象其它纳米材料一样具有很大的比表面积和比表面能因而团聚现象严重，很难在金属基体中均匀分散。另一方面，碳纳米管的表面活性较低，与金属基体的润湿性差，这造成了其与金属基体之间的界面结合较差。因此，能否将碳纳米管均匀分散在金属中是制备复合材料的关键。为解决这一问题，一些研究致力于对碳纳米管的表层进行金属包覆和表面改性后在溶液中制备碳纳米管/金属复合粉。这些制备方法的主要问题在于，需要对碳纳米管进行比较复杂的前期处理因此使得制备工艺困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能克服上述缺陷、工艺简单的碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法。其技术方案为：

一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于采用以下步骤：(1)采用机械球磨法将碳纳米管断裂成所需要的碳纳米晶须，并对碳纳米晶须进行酸洗、烘干；(2)制备混合均匀的碳纳米晶须与铜粉的复合粉末；(3)制备大块碳纳米晶须增强铜复合材料。

所述的碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，步骤(1)中，采用玛瑙球和玛瑙球罐，用200～400转/分的转速球磨30～60分钟，使碳纳米管断裂成所需要的碳纳米晶须，再用盐酸对碳纳米晶须进行酸洗，然后烘干。

所述的碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，步骤(2)中，采用玛瑙球和玛瑙球罐，用200～400转/分的转速对步骤(1)获得的酸洗烘干后的碳纳米晶须与铜粉球磨30～60分钟，制得混合均匀的碳纳米晶须与铜粉的复合粉末，其中碳纳米晶须在复合粉末中的体积含量为1～5％。

所述的碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，步骤(3)中，热压烧结法即可制得大块碳纳米晶须增强铜复合材料，其中烧结温度在850～1050℃，烧结压力在10～40MPa。

本发明与现有技术相比，通过对碳纳米管的球磨及酸洗预处理，获得了形貌良好的碳纳米晶须，并将碳纳米晶须与铜粉进一步混合球磨，有效地解决了碳纳米管在铜粉中的均匀分布问题及其与金属基体之间的界面结合较差等问题，获得的碳纳米晶须增强铜复合材料具有力学性能及导电性能良好的优点，且工艺简单，易于实现规模化生产。

具体实施方式

实施例1：

步骤1：对碳纳米管的预处理，碳纳米管直径80～100纳米，采用玛瑙球和玛瑙球罐，用200转/分的转速球磨60分钟，使碳纳米管断裂成长径比约为5∶1的碳纳米晶须，再用盐酸对碳纳米晶须进行酸洗，然后烘干，以备后用。

步骤2：采用玛瑙球和玛瑙球罐，用200转/分的转速对步骤1获得碳纳米晶须与铜粉球磨60分钟，制得混合均匀的碳纳米晶须与铜粉的复合粉末，其中碳纳米晶须在复合粉末中的体积含量为1％。

步骤3：对步骤2获得的复合粉末进行热压烧结，其中烧结温度在900℃，烧结压力在40MPa，即可制得大块碳纳米晶须增强铜复合材料。

实施例2：

步骤1：对碳纳米管的预处理，碳纳米管直径80～100纳米，采用玛瑙球和玛瑙球罐，用300转/分的转速球磨40分钟，使碳纳米管断裂成长径比约为5∶1的碳纳米晶须，再用盐酸对碳纳米晶须进行酸洗，然后烘干，以备后用。

步骤2：采用玛瑙球和玛瑙球罐，用300转/分的转速对步骤1获得碳纳米晶须与铜粉球磨40分钟，制得混合均匀的碳纳米晶须与铜粉的复合粉末，其中碳纳米晶须在复合粉末中的体积含量为3％。

步骤3：对步骤2获得的复合粉末进行热压烧结，其中烧结温度在1000℃，烧结压力在20MPa，即可制得大块碳纳米晶须增强铜复合材料。

实施例3：

步骤1：对碳纳米管的预处理，碳纳米管直径80～100纳米，采用玛瑙球和玛瑙球罐，用400转/分的转速球磨30分钟，使碳纳米管断裂成长径比约为5∶1的碳纳米晶须，再用盐酸对碳纳米晶须进行酸洗，然后烘干，以备后用。