[发明专利]金属/碳纳米管复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种金属/碳纳米管复合材料及其制备方法。所述制备方法包括以下步骤：制备改性纳米纤维素；于水中，机械混合所述改性纳米纤维素、金属颗粒和碳纳米管，制备悬浮液；沉积所述悬浮液，干燥后升温，使所述改性纳米纤维素分解，得中间产物，对所述中间产物进行烧结，得到金属/碳纳米管复合材料。所得金属/碳纳米管复合材料具有良好的导电性和力学性能。

技术领域

本发明涉及导电复合材料领域，特别是涉及金属/碳纳米管复合材料及其制备方法。

背景技术

金属/碳纳米管复合材料以高比刚度、高比韧性，耐高温，耐腐蚀等优势在航天航空、汽车、机械、化工和电子领域有广阔的应用前景。

碳纳米管(CNT)由于其优异的导电导热性能和力学性能，使其可作为增强相添加到金属，例如镁、铜、铝、镍、铁等形成复合材料中，有望制备出综合性能优异的复合材料。

但碳纳米管之间存在很强的范德华力，极易团聚，使其很难分散均匀。同时碳纳米管很难与金属基体的界面有效结合，导致碳纳米管增强的金属复合材料性能提高不是很大。

现有碳纳米管金属复合材料的制备方法包括粉末冶金法、搅拌铸造法、机械混合法、电化学沉积法等。传统的粉末冶金法和搅拌铸造法工艺复杂，生产成本高；将碳纳米管以机械混合方法，如高能球磨掺入金属基体中时，容易发生分散不均匀、外力导致结构损伤的问题，大大影响碳纳米管对复合材料的增强效果；电化学沉积法有利于制备薄膜材料，但制备时间长，质量难以控制。化学法对碳纳米管进行改性会破坏碳纳米管的结构，增加缺陷，这影响其独特性能的发挥。

当前采用传统方法在金属基体中分散碳纳米管效果不佳，故有必要开发一种既不破坏碳纳米管结构，又不引入其他物质，还可以在金属基体中良好分散碳纳米管的方法。

发明内容

发明要解决的课题

基于此，本发明提供一种金属/碳纳米管复合材料的制备方法，既能够使碳纳米管在金属中分散均匀，增强复合材料的力学性能。

解决课题的方法

本发明的技术方案为：

一种金属/碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：

制备改性纳米纤维素；

于水中，机械混合所述改性纳米纤维素、金属颗粒和碳纳米管，制备悬浮液；

沉积所述悬浮液，干燥后升温，使所述改性纳米纤维素分解，得中间产物；

对所述中间产物进行烧结，得到金属/碳纳米管复合材料。

在一个优选的实施方式中，所述升温的步骤包括：升温至300℃～320℃保温0.5h～1h。

在一个优选的实施方式中，所述烧结的步骤包括：升温至900～1500℃保温1h～3h。

在一个优选的实施方式中，所述烧结的过程中，还包括通入惰性气体的步骤。

在一个优选的实施例中，所述烧结的过程中，还包括加压的步骤，所述加压的压力为20MPa～100MPa。

在一个优选的实施方式中，所述金属颗粒选自铝颗粒、铝合金颗粒、铁颗粒、铁合金颗粒、铜颗粒、铜合金颗粒、镍颗粒和镍合金颗粒中的一种或几种。

在一个优选的实施方式中，所述金属颗粒的平均粒径为1μm～100μm。

在一个优选的实施方式中，所述改性纳米纤维素的直径为1nm～10nm，长度为200nm～1000nm。

在一个优选的实施方式中，所述碳纳米管的直径为6nm～10nm，长度为50μm～400μm。