[发明专利]制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的方法

说明书

相关申请的交叉引用

依据35U.S.C.§119(a)，本申请基于并且要求于2009年9月24日提交到韩国知识产权局的韩国专利申请第10-2009-90574号的优先权，该申请的公开内容全部引入本文以供参考。

技术领域

本发明大体上涉及一种制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的方法，并且更具体地，涉及一种制造纳米复合材料粉末的方法，该方法可在高能碾磨工艺中防止碳纳米管的损坏并且可以均匀地将碳纳米管分散在金属基质中。

背景技术

通常，碳纳米管是一种具有优异的机械、热、化学和量子性质的材料。碳纳米管通常与另一种材料诸如基质材料或基材一起使用，使得其可用于高性能和高功能材料领域。

然而，碳纳米管难以均匀地分散或排列在基质材料中，并且其原因是由范德华力导致的强粘聚性。问题在于碳纳米管和金属基质之间的界面强度被这种粘聚性劣化。

兴趣已经集中于由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料。目前，碳纳米管通过诸如粉末混合法、浸渍法、铸造法、球磨法、或高能碾磨法的方法来制造。

在本领域中已经描述的制造方法中，碳纳米管和陶瓷或金属粉末经历球磨法，然后通过放电等离子体进行烧结，从而制造复合材料。由于碳纳米管的粘聚性以及碳纳米管与金属基质材料之间的相对尺寸，经历球磨法的由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末粘结在金属粉末的表面上。

因此，在碳纳米管和金属粉末被烧结以制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末时，粉末的烧结性适当地劣化，使得由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的密度降低。碳纳米管粘结在金属的晶粒上，因此机械性能适当地劣化。

因此，在韩国专利公布第10-0558966号中公开了分子水平混合法，该申请全部引入本文以供参考。

如10-0558966公开中所述，分子水平混合法制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末，其中碳纳米管均匀地分散在金属基质中。

然而，由于上述分子水平混合法需要还原由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的过程，因此难以将该方法应用于难以还原的金属，诸如铝或钛。

因此，分子水平混合法进一步包括高能碾磨工艺以制造由诸如铝、钛或镁的金属基质和碳纳米管组成的复合材料粉末。

因此，高能碾磨工艺具有如下优点：碳纳米管分散在金属粉末中、以及金属粉末的表面。

然而，在高能碾磨工艺中，不得不长时间地导入高能量以均匀地将碳纳米管分散在金属基质中。结果，碳纳米管破裂或结晶，并且因无定形碳的生成而损坏。

例如，如图1中的图所示，如果进行高能碾磨工艺，碳纳米管破裂。此外，如图2中的照片所示，该照片显示了由电子显微镜观察到的碳纳米管，碳纳米管大量地减少。

此外，在高能碾磨工艺中，在通过烧结由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末而制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料时，碳纳米管的热稳定性劣化，并且碳纳米管与金属基质反应而形成碳化物。

因此，在本领域中存在制造由碳纳米管和金属基质组成的纳米复合材料粉末的方法的需求。

在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景技术的理解，并且因此其可能含有不形成在本国对本领域普通技术人员所公知的现有技术的信息。

发明内容

在优选的方面，本发明的特征在于，一种制造由碳纳米管和金属组成的纳米复合材料粉末的方法。优选地，本发明可适当地防止在高能碾磨工艺中碳纳米管的损坏，并且可均一地将碳纳米管分散在金属基质中。

在本发明的优选实施方式中，提供了一种制造由碳纳米管和金属基质粉末组成的纳米复合材料粉末的方法，该方法优选包括以下步骤：用于碾磨和混合碳纳米管和金属基质粉末的低速碾磨工艺；以及用于碾磨在低速碾磨工艺中均匀混合的碳纳米管和金属基质粉末，以均匀地将碳纳米管分散在金属基质粉末中的高速碾磨工艺。

在某些优选的实施方式中，低速碾磨工艺在1rpm至100rpm的碾磨速度下进行20小时。

在其他优选的实施方式中，高速碾磨工艺在100rpm至5000rpm的碾磨速度下进行1小时。

在一个优选的实施方式中，在低速碾磨工艺和高速碾磨工艺中，使用行星式球磨机、转筒球磨机(tumbler ball mill)、和磨碎机中的任意一种碾磨机，并且使用行星式球磨机。

优选地，金属基质粉末包括铝、锂、铍、镁、钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、锑、钨、铂、金和铅中的至少一种。