[发明专利]一种碳纳米管‑铜基复合粉体的电沉积制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管-铜基复合粉体的电沉积制备方法，属于新材料与金属粉体制备技术领域。

背景技术

碳纳米管-铜基复合粉体是粉末冶金法制备碳纳米管-铜基复合材料的主要原料，由于碳纳米管的表面活性很低，与金属基体的润湿性很差，这就使得碳纳米管很难与金属基体形成牢固的界面结合，导致复合材料的性能尤其是力学性能很难提高。为了充分发挥碳纳米管的优良性能，需要首先解决的关键问题是碳纳米管的均匀分散以及与金属基体的润湿性问题。为解决碳管的均匀分散问题，专利公开号为CN101716677A提出采用化学共沉积法制备内嵌碳纳米管铜基复合颗粒，首先利用一定比例由浓硫酸和浓硝酸组成的混酸溶液对碳纳米管进行纯化处理，采用明胶对碳纳米管进行进一步的功能化，在铜溶液中（硫酸铜、葡萄糖和聚乙二醇溶液），在碳纳米管上形成氧化铜颗粒，并将碳纳米管嵌镶在其中。然后在氢气气氛中将铜的氧化物还原成铜。专利公开号为CN102628115A采用高能球磨制备碳纳米管增强铜基复合粉体，将0.5~10wt%的碳纳米管、85~99.4%的铜粉以及0.1~5wt%的助剂放入高能球磨机中进行球磨，球磨介质为不锈钢球，球料质量比为5~50:1，球磨机转速为200~1000r/min，球磨时间为1~10h，选择氩气作为球磨气氛以防止过程中粉体氧化，获得的复合粉体经还原退火→压制成形→真空烧结得到高强度高硬度的碳纳米管增强铜基复合材料。专利公开号为CN103170627A采用旋转电泳的方法筛选获得长径比呈梯度分布的碳纳米管，然后按长径比呈梯度增加分别与铜合金粉末经球磨机混合均匀，经化学镀镍后得到铜基复合粉末。专利申请号为2014103219152提出一种阳极溶解制备碳纳米管-铜复合粉体的方法，首先将铜盐、酸纯化好的碳纳米管、去极化剂、分散剂和水混合均匀后配置成铜盐溶液，然后将镁及其合金、锌及其合金、铝及其合金中的一种作为溶解阳极置于配置好的铜盐溶液中，在温度为0~100℃、超声或机械搅拌条件下电反应0.1~12h，制备得到碳纳米管-铜复合粉体。虽然上述技术中，得到了碳纳米管-铜基复合粉体，但依然存在一些不足，如，处理工艺操作较为复杂，成本较高，产品生产可控性不足等。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种碳纳米管-铜基复合粉体的电沉积制备方法。本发明首先通过机械法将碳纳米管表面的惰性碳碳键打开形成活性的功能团，以降低碳纳米管和电解液界面斥力，然后利用碳纳米管表面的官能团的负电性与正电性的Cu²⁺结合，在阴极共沉积，并实现碳纳米管在铜颗粒中的均匀分布，本发明通过以下技术方案实现。

一种碳纳米管-铜基复合粉体的电沉积制备方法，其具体步骤如下：

（1）碳纳米管表面功能化与分散：将碳纳米管和按照碳纳米管与分散剂质量比为13~20:1加入分散剂，在氧化气氛中进行表面机械活化与分散；

（2）配置复合电沉积液：首先将硫酸铜、硫酸、经步骤（1）处理后的碳纳米管、添加剂和水混合均匀后配置成电解液，其中电解液中硫酸铜浓度为20~200g/L，硫酸浓度为50~300g/L，碳纳米管浓度为0.1~1.0g/L，添加剂浓度为0.5~10g/L，剩余为水；

（3）复合粉体电沉积过程：以金属铜为阳极，金属钛为阴极，在控制电解液温度为20~120℃、阴极电流密度为50~300mA/cm²条件下，在步骤（2）配置的电解液中电沉积20~200min，即能在阴极得到碳纳米管铜基复合粉体。

所述步骤（1）中的表面机械活化与分散为球磨过程，球磨时间为20~150min。

所述步骤（1）中的分散剂与步骤（2）中的添加剂为聚乙烯吡咯烷酮、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十八烷基三甲基溴化铵、十六烷基三甲基溴化胺、明胶、聚乙烯醇、聚乙二醇中的一种或几种任意比例混合物。

所述步骤（1）中的氧化气氛是质量比为5~20:1氧气与空气的混合气体。

本发明的有益效果是：（1）工艺操作简单，碳纳米管-铜基复合粉体仅需经过一次复合电沉积即可形成，工艺所用试剂消耗很低，仅需定期更换阳极；（2）碳纳米管被铜颗粒均匀包覆；（3）本方法环境友好，操作环境得到改善，易于工业化。

附图说明

图1是本发明实施例1中碳纳米管活化后的红外光谱图；

图2是本发明实施例1中制备得到的碳纳米管-铜基复合粉体的扫描电镜图A；

图3是本发明实施例1中制备得到的碳纳米管-铜基复合粉体的扫描电镜图B；