[发明专利]一种碳纳米管增强钛基复合材料制备工艺

说明书

本发明公开了一种碳纳米管增强钛基复合材料制备工艺，所述方法包括以下步骤，步骤一、碳纳米管除杂、酸洗、化学镀铜；步骤二、按照一定比例将纯钛粉与镀铜碳纳米管机械球磨，使用无水乙醇为球磨介质，球磨一定时间后取出并真空干燥、过筛；步骤三、将步骤二获得的粉体放置石墨模具中进行低温快速放电等离子烧结，得到碳纳米管增强钛基复合材料。本发明通过碳纳米管表面镀覆一层表面均匀的铜颗粒，改善碳纳米管团聚问题，界面反应产生的TiC含量更多，同时生成Ti₂Cu相，提高了复合材料力学性能。

技术领域

本发明涉及碳纳米管材料技术领域，具体涉及一种碳纳米管增强钛基复合材料制备工艺。

背景技术

钛基复合材料具有低密度、高比强度、耐高温、耐腐蚀等优良性能，在航空航天、先进武器系统和汽车工业中具有广阔的应用前景。同时原位技术被认为是制备非连续增强钛基复合材料的一种经济有效的方法，增强材料分布均匀，界面结合良好。因碳纳米管低密度、高杨氏模量、良好的导电性及导热性成为金属基复合材料的理想增强体，但由于碳纳米管极易团聚，与基体润湿性差等问题，阻碍了碳纳米管在金属基复合材料中的应用。

因此，在保持碳纳米管结构完整和性能稳定的基础上进行物理或化学改性，成为其应用中亟待解决的难题。

目前报道的碳纳米管增强钛基复合材料的主要是应用传统球磨工艺将钛粉与碳纳米管混合，后采用SPS技术烧结。该方法制备的复合材料中，虽然原位合成的TiC相使复合材料力学性能有所提高，但同时碳纳米管在钛基体中团聚严重，未达到钛基复合材料性能期望值。

但如果能够有效改善碳纳米管在基体中的团聚问题，增强与基体的润湿性与界面结合强度，那么就有望进一步推进碳纳米管在增强金属基复合材料的应用。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种碳纳米管增强钛基复合材料制备工艺，通过碳纳米管表面镀覆一层表面均匀的铜颗粒，改善碳纳米管团聚问题，界面反应产生的TiC含量更多，同时生成Ti₂Cu相，提高了复合材料力学性能。

本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种碳纳米管增强钛基复合材料制备工艺，其特征在于：所述方法包括以下步骤，

步骤一、碳纳米管除杂、酸洗、化学镀铜；

步骤二、按照一定比例将纯钛粉与镀铜碳纳米管机械球磨，使用无水乙醇为球磨介质，球磨一定时间后取出并真空干燥、过筛；

步骤三、将步骤二获得的粉体放置石墨模具中进行低温快速放电等离子烧结，得到碳纳米管增强钛基复合材料。

优选的，所述步骤一中碳纳米管为多壁碳纳米管，长度20～30nm，在350～450℃下保温1h除去表面不定形碳，后将0.5g碳纳米管与10～20ml浓硝酸放入水热反应釜至于干燥箱中，于100～180℃下反应1h。

优选的，所述步骤一中化学镀铜镀液所需的各浓度为Na₂EDTA 20～30g/L、CuSO4·5H₂O10～20g/L、NaOH 50～60g/L，控制PH在13～14之间，温度在50～70℃。

优选的，所述步骤二中纯钛粉粒径尺寸为300目，机械球磨为行星式球磨罐中进行，球料比为1:5，转速为200～400r/min,球磨时间6～10h。

优选的，所述步骤三种升温速率为100℃/min,烧结温度为850～1000℃，压力为30～60MPa,保温时间为5～10min。

优选的，此方法制备高性能的钛基复合材料，显微硬度高达627HV，摩擦系数0.2～0.3。