[发明专利]一种金刚石与碳纳米管纤维复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种金刚石与碳纳米管纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：(1)取一定质量的金刚石及一定质量的溶剂，通过超声分散的方式使金刚石均匀分散形成金刚石溶液；(2)以碳纳米管纤维为正极，不锈钢板为负极，通过电泳共沉积方法将金刚石均匀的粘附在碳纳米管纤维的表面；(3)将均匀粘附金刚石颗粒的碳纳米管纤维放置于高频感应炉中，接通电流，进行金刚石与碳纳米管纤维的固化烧结，得到金刚石碳纳米管纤维复合材料。应用本技术方案使所得复合材料既具有金刚石的高硬度又具有碳纳米管纤维的高强度和高韧性。

技术领域

本发明涉及一种金刚石与碳纳米管纤维复合材料的制备方法。

背景技术

传统的金刚石与普通纤维的结合主要通过粘结剂来实现，所制得的纤维丝金刚石工具，可用于金属、合金、陶瓷、半导体器件等的加工。但该工具纤维丝表面金刚石分散性差，易团聚，把持力不足，且普通纤维韧性差、易断裂，导致最终工具使用过程寿命短、加工效果差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种金刚石与碳纳米管纤维复合材料的制备方法，使所得复合材料既具有金刚石的高硬度又具有碳纳米管纤维的高强度和高韧性。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种金刚石与碳纳米管纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取一定质量的金刚石及一定质量的溶剂，通过超声分散的方式使金刚石均匀分散形成金刚石溶液；

(2)以碳纳米管纤维为正极，不锈钢板为负极，通过电泳共沉积方法将金刚石均匀的粘附在碳纳米管纤维的表面；

(3)将均匀粘附金刚石颗粒的碳纳米管纤维放置于高频感应炉中，接通电流，进行金刚石与碳纳米管纤维的固化烧结，得到金刚石碳纳米管纤维复合材料。

在一较佳的实施例中：所述金刚石的粒度在0.5μm至10μm之间，碳纳米管纤维的直径在100μm至200μm之间，碳纳米管纤维的长度在0.5cm至10cm之间。

在一较佳的实施例中：所述溶剂包括水及酒精。

在一较佳的实施例中：所述的金刚石溶液浓度在0.0005wt.％至0.01wt.％之间。

在一较佳的实施例中：所述电泳共沉积方法使用的电压为2V至30V，沉积时间为20s-300s。

在一较佳的实施例中：所述的金刚石与碳纳米管纤维固结烧化过程具体在氩气的保护气体下，将粘附有金刚石的碳纳米管纤维放入石英管中，高频感应电流设置为60A，感应时间为40s至70s，得到金刚石碳纳米管纤维复合材料。

相较于现有技术，本发明的技术方案具备以下有益效果：

1.碳纳米管纤维作为一种新型的纤维材料，具有传统纤维不具备的独特组装结构特性，其丰富的界面结构使其具有诸多功能特性，在能源、电子、工具器件等领域具有巨大潜力。金刚石硬度高、熔点高且化学性质稳定，将金刚石以电泳共沉积的方式在碳纳米管纤维表面均匀粘附；通过固化烧结的方式实现碳纳米管由SP2的杂化方式向金刚石SP3杂化方式的转化，来达到以化学键固结金刚石磨粒的目的。所得复合材料既具有金刚石的高硬度又具有碳纳米管纤维的高强度和高韧性。

2.本发明主要是采用电泳共沉积的方式通过电荷定向移动以及金刚石电荷间的排斥作用将不同粒度的金刚石均匀的粘附于碳纳米纤维表面，该过程节约原料，安全快速；通过高频感应烧结的方式，在较短的时间实现碳纳米管和金刚石的结合，该过程金刚石石墨化程度低，两者结合牢固，并且碳纳米管纤维有序化程度升高，抗拉强度增强。