[发明专利]一种碳纳米管呈六边形分布金属基复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种碳纳米管呈六边形分布金属基复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。本发明金属基体内碳纳米管呈六边形分布，碳纳米管的体积分数为1～30％，其余为金属基体，其中金属基体为铝、铜、银；其中碳纳米管的外径为10～30nm，长度10～20μm，比表面积40m²/g；本发明通过对碳纳米管进行活性改造，然后利用化学镀得到铜镀层的CNTs/Cu复合粉末或银镀层的CNTs/Ag复合粉末，再采用粉末冶金法得到CNTs/Cu复合粉末与Cu粉复合块体或CNTs/Ag复合粉末与Ag粉复合块体。最后经四镦四拔处理得到碳纳米管呈六边形分布金属基复合材料。当碳纳米管含量低时，该材料具有电阻率低、抗电弧侵蚀能力强；碳纳米管含量高时，材料具有摩擦系数小，磨损量低等特点。

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管呈六边形分布金属基复合材料及其制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

导电性和导热性、低的接触电阻、优良的抗熔焊性能等。

纯铜的导电性能和导热性能均接近于银，因此也曾被作为电触头材料使用，但纯铜在使用过程中，强度容易下降，另外其化学性质比银更活泼，耐腐蚀性不佳，容易发生表面氧化，导致接触电阻逐渐增大，由此需要开发合适的铜基合金来解决纯铜面临的性能不佳的问题。

虽然CNTs不仅强度高，耐磨性强，而且具有极佳的抗氧化、抗电弧侵蚀性能，但是目前碳纳米管金属基复合材料制备技术基于改变碳纳米管活性来改变复合材料性能，然而大部分碳纳米管呈棒状分布于基体中，使的复合材料导电性、抗氧化性能以及抗电弧侵蚀性能仍然不佳。

发明内容

本发明针对现有技术中碳纳米管金属基复合材料的导电性、抗氧化性能以及抗电弧侵蚀性能仍然不佳的问题，提供一种碳纳米管呈六边形分布金属基复合材料及其制备方法，本发明通过提高碳纳米管活性，并采用化学镀法在活化碳纳米管表面形成铝镀层的CNTs/Al、铜镀层的CNTs/Cu或银镀层CNTs/Ag复合粉末，将CNTs/Al复合粉末与Al粉复合成型、CNTs/Cu复合粉末与Cu粉复合成型或CNTs/Ag复合粉末与Ag粉复合成型后经四锻四拔得到碳纳米管呈六边形分布金属基复合材料。碳纳米管含量低时具有组织均匀、抗电弧侵蚀能力强、电寿命长等特点；碳纳米管含量高时具有摩擦系数小、磨损量低等性能

一种碳纳米管呈六边形分布金属基复合材料，金属基体内碳纳米管呈六边形分布，碳纳米管的体积分数为1～30％，其余为金属基体，其中金属基体为铜、铝或银基体。

所述碳纳米管的纯度＞95％，外径为10～30nm，长度10～20μm，比表面积40m²/g。

碳纳米管呈六边形分布金属基复合材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)碳纳米管依次经纯化、粗化、敏化、活化处理得到活化碳纳米管：

1)将碳纳米管进行超声纯化处理得到纯化碳纳米管；

2)将纯化碳纳米管缓慢加入到混酸溶液中并在温度为80～100℃、搅拌条件下进行粗化处理得到粗化碳纳米管；其中混酸溶液为浓硫酸和浓硝酸的混合溶液，浓硫酸与浓硝酸的体积比为3:1～7:5；

3)将粗化碳纳米管加入到敏化溶液中进行超声敏化处理得到敏化碳纳米管；其中敏化溶液为SnCl₂和HCl的混合水溶液，敏化溶液中SnCl₂的浓度为0.3～1.5mol/L，HCl的浓度为0.1～0.6mol/L；

4)将敏化碳纳米管加入到活化溶液中进行超声活化处理得到活化碳纳米管；其中活化溶液为PdCl₂和HCl的混合水溶液，活化溶液中PdCl₂的浓度为0.5～1.2mol/L，HCl的浓度为0.1～0.6mol/L；

(2)活化碳纳米管进行化学镀铝、铜或银得到CNTs/Al复合粉末、CNTs/Cu复合粉末或CNTs/Ag复合粉末；