[发明专利]一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)碳纳米管的酸化处理；(2)碳纳米管的分散；(3)碳纳米管的溶解；(4)注射成型；(5)脱脂和烧结。本发明所述的碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，通过加入粘结剂，改善了碳纳米管与金属之间的润湿性，提高界面结合强度，从而解决了碳纳米管在铜基体中的团聚问题；采用热压烧结或放电等离子烧结技术，并通过调节控制烧结过程中的参数，制备出致密性优良、强度高、韧性好以及电导率高的碳纳米管增强铜基复合材料。

技术领域

本发明涉及有色金属复合材料技术领域，特别是涉及一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法。

背景技术

铜及铜合金材料由于具有良好的导电、导热、耐腐蚀性以及良好的塑性加工性能和较高的强度，目前广泛应用于电力电缆、电工、电机、高端装备制造等工业部门。由于铜及铜合金材料强度和硬度较钢铁材料差距较大，而且在自然界含量较少，因此，随着科技和工业的进步，对铜及铜合金的力学性能提出了更高的要求。因此，开发具有高的强度，同时又具有优良的塑性加工性能的铜合金十分必要。

作为新兴的一维碳材料，碳纳米管被越来越多的用来作为金属基复合材料的增强体。但是，由于其本身的纳米尺度，相互之间严重的范德华力作用，使得碳纳米管及其容易相互缠结。同时由于碳纳米管与金属之间较差的润湿性，因此极难在金属基体中实现均匀分散。

现有的制备铜基复合材料的方法主要是粉末冶金，原位自生等，共同的特点是碳纳米管在材料内部三维空间中的均匀分散，在材料强度提升的同时，往往引起塑性以及韧性的降低，限制了此类复合材料的应用范围。

发明内容

针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法。

本发明采用的技术方案是：

一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)碳纳米管的酸化处理：将碳纳米管置于酸液中在温度为70-80℃条件下超声分散处理30-60min，经过滤、洗涤、干燥后得到表面引入活性基团的碳纳米管，所述酸液为浓硫酸和浓硝酸的混合酸液；

(2)碳纳米管的分散：将步骤(1)中所述表面引入活性基团的碳纳米管加入到庚烷和石蜡溶液中，所述石蜡与庚烷的质量体积比为0.5-1g/100mL，磁力搅拌均匀后，在70-80℃条件下超声分散15-30min，干燥后，得到碳纳米管-石蜡混合物；

(3)碳纳米管的溶解：将步骤(2)中所述碳纳米管-石蜡混合物与粘结剂在Z型桨式混合机混合，混合温度控制在150-160℃，所述粘结剂为聚乙烯和硬脂酸；

(4)注射成型：将铜粉加入到步骤(3)中所述混合机中混合均匀后，将得到的碳纳米管-铜粉-粘结剂加入到注射成型机中进行成型得到碳纳米管-铜粗品；

(5)脱脂和烧结：将步骤(4)中得到的碳纳米管-铜粗品浸入到庚烷中脱脂去除粘结剂，然后进行热压烧结或放电等离子烧结处理，得到碳纳米管增强铜基复合材料，所述碳纳米管增强铜基复合材料中碳纳米管与铜的体积比为1-5:100。

本发明所述的碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其中，步骤(1)中所述碳纳米管为多壁碳纳米管，所述碳纳米管的直径为10-60nm，长6-10μm；步骤(4)中所述铜粉的粒径为10-15μm。

本发明所述的碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其中，步骤(1)中所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为3:1-2。

本发明所述的碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其中，步骤(3)中所述粘结剂与所述碳纳米管-石蜡混合物的体积比:0.2-0.5：10；所述聚乙烯和硬脂酸的质量比为1:2-5。