一種碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，該銅基復(fù)合材料按重量百分比包括如下組分：經(jīng)表面改性的碳納米管1～9％、石墨粉末2～5％、Ti3SiC2粉末6～15％、余量為銅粉末；其中經(jīng)表面改性的碳納米管是將碳納米管采用沒食子酸水溶液改性得到的碳納米管。本發(fā)明所述銅基復(fù)合材料中，經(jīng)表面改性的碳納米管分散性好，雜質(zhì)含量低，且保持了完整的長徑比，與石墨粉末、Ti3SiC2粉末和銅粉末發(fā)揮共增強(qiáng)作用，顯著提高了銅基復(fù)合材料的電摩擦磨損性能，同時還具有優(yōu)異的強(qiáng)度和耐沖擊性。本發(fā)明還公開了所述銅基復(fù)合材料的制備方法。該方法工藝簡單，易于生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于復(fù)合材料的制備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種銅基復(fù)合材料，特別涉及一種碳 納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 碳納米管自1991年被日本NEC公司的科學(xué)家Iijima發(fā)現(xiàn)以來，便以其獨(dú)特的一 維結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、儲氫等性能深受廣大學(xué)者的關(guān)注。碳納米管具有極高的機(jī)械強(qiáng) 度、理想的彈性、低的熱膨脹系數(shù)、尺寸小等優(yōu)良的特性使其成了最具潛力的增強(qiáng)體材料。
[0003] 碳納米管在增強(qiáng)高分子復(fù)合材料方面取得了很快的發(fā)展，但在增強(qiáng)金屬基復(fù)合材 料方面還存在許多困難。這其中的主要困難在于碳納米管像其它納米材料一樣具有很大的 長徑比、比表面積和比表面能，存在很大的范德華力，容易聚集纏結(jié)，很難在金屬基體中均 勻分散。另一方面，碳納米管的表面活性較低，與金屬基體的潤濕性差，這造成了其與金屬 基體之間的界面結(jié)合較差。這些因素會嚴(yán)重影響金屬基復(fù)合材料的密度，及其力學(xué)、電學(xué)、 摩擦磨損等性能，尤其是電摩擦磨損性能。在金屬復(fù)合材料領(lǐng)域中，銅基復(fù)合材料被廣泛用 作電子元件材料、滑動材料、觸頭材料、熱交換材料等。因此，碳納米管在增強(qiáng)銅基復(fù)合材料 方面最受:關(guān)注。
[0004] 為解決以上問題，目前一些研究致力于先對碳納米管進(jìn)行改性鍍銅或者鍍鎳，然 后再采用粉末冶金法制備碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。但是對碳納米管進(jìn)行改性鍍銅或鍍 鎳，工藝復(fù)雜，能耗大。也有一些研究致力于采用強(qiáng)酸或者混酸對碳納米管進(jìn)行預(yù)處理，但 是這種處理方式對碳納米管具有一定的破壞作用，會將碳納米管剪切為極短的碳納米管， 破壞其長徑比，且常需要較高溫度和較長時間，同時處理時容易產(chǎn)生污染性的氣體。
[0005] 中國發(fā)明專利申請CN101619426A公開了采用機(jī)械球磨將碳納米管斷裂成所需要 的碳納米晶須，并對碳納米管進(jìn)行酸洗、烘干，然后與銅粉混合均勻，制備大塊碳納米晶須 增強(qiáng)銅復(fù)合材料。但是該增強(qiáng)銅復(fù)合材料中，碳納米管的長徑比遭到破壞，而碳納米管較大 的長徑比是增強(qiáng)基體性能的關(guān)鍵因素之一；同時預(yù)處理過程中產(chǎn)生了廢酸。
[0006] 發(fā)明專利申請201310578266. X公開了一種碳納米管表面改性及分散方法，首先 采用強(qiáng)堿和雙氧水的混合溶液對碳納米管的表面進(jìn)行預(yù)處理，然后再用單寧酸對經(jīng)預(yù)處理 的碳納米管進(jìn)行改性處理，得到分散良好的碳納米管。但是，接枝的單寧酸（c 76h52o46)由于 結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜且分子量較大，使得碳納米管表面引入了較多c、H、0雜質(zhì)元素。同時該工藝 過程要先采用強(qiáng)堿和雙氧水進(jìn)行預(yù)處理，工藝繁瑣，且強(qiáng)堿、強(qiáng)氧化劑的使用存在一定的安 全隱患。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，提供一種碳納米管增強(qiáng)銅 基復(fù)合材料。該銅基復(fù)合材料由經(jīng)表面改性的碳納米管、石墨粉末、Ti3SiC2粉末和銅粉末 組成；其中經(jīng)表面改性的碳納米管是將碳納米管經(jīng)沒食子酸水溶液改性制成，分散性好，雜 質(zhì)含量低，且保持了完整的長徑比。該銅基復(fù)合材料中各組分的性能產(chǎn)生共增強(qiáng)的作用，顯 著提高了銅基復(fù)合材料的電摩擦磨損性能以及強(qiáng)度和抗沖擊性，降低了銅基復(fù)合材料的密 度。
[0008] 本發(fā)明的再一目的是提供所述銅基復(fù)合材料的制備方法。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：
[0010] 本發(fā)明所述碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，按重量百分比包括如下組分：經(jīng)表面改 性的碳納米管1?9%、石墨粉末2?5%、Ti 3SiC2粉末6?15%、余量為銅粉末；
[0011] 所述經(jīng)表面改性的碳納米管是將碳納米管采用沒食子酸水溶液改性得到的碳納 米管。
[0012] 沒食子酸，又稱倍酸、五倍子酸，其化學(xué)名為3, 4, 5-三羥基苯甲酸，化學(xué)式為 C6H2(0H)3C00H，化學(xué)結(jié)構(gòu)式如式I所不，屬于多酚類物質(zhì)，亦屬于有機(jī)酸。
[0013]

【權(quán)利要求】
1. 一種碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，其特征在于：所述銅基復(fù)合材料按重量百分比包 括如下組分：經(jīng)表面改性的碳納米管1?9%、石墨粉末2?5%、Ti 3SiC2粉末6?15%、 余量為銅粉末； 所述經(jīng)表面改性的碳納米管是將碳納米管采用沒食子酸水溶液改性得到的碳納米管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅基復(fù)合材料，其特征在于：所述經(jīng)表面改性的碳納米管經(jīng) 以下方法制成：將碳納米管加入到?jīng)]食子酸水溶液中，分散均勻，靜置，過濾，取濾渣進(jìn)行真 空干燥，得到經(jīng)表面改性的碳納米管。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅基復(fù)合材料，其特征在于：所述沒食子酸水溶液的濃度為 3 ?18 μ g/ml。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅基復(fù)合材料，其特征在于：所述碳納米管的重量與沒食子 酸水溶液的體積之比為0. 05?0. 5g : 20?60ml。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅基復(fù)合材料，其特征在于：所述碳納米管為單壁碳納米管 或多壁碳納米管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅基復(fù)合材料，其特征在于：所述靜置的時間為12?30h。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅基復(fù)合材料，其特征在于：所述真空干燥的溫度為60°C? 80°C ;所述真空干燥的時間為1?3h。
8. -種如權(quán)利要求1?7任一項所述銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括如 下步驟：（1)將碳納米管加入到?jīng)]食子酸水溶液中，分散均勻，靜置，過濾，取濾渣進(jìn)行真 空干燥，得到經(jīng)表面改性的碳納米管；（2)將經(jīng)表面改性的碳納米管與銅粉末、石墨粉末、 Ti3SiC2粉末進(jìn)行球磨混粉，得復(fù)合粉末；（3)將復(fù)合粉末進(jìn)行熱壓燒結(jié)，冷卻，得碳納米管 增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（2)中球磨采用瑪瑙球和 瑪瑙球罐，球磨轉(zhuǎn)速為150?300轉(zhuǎn)/min，球磨時間為40?60min。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于：所述步驟（3)中熱壓燒結(jié)的溫度為 900?1000°C，熱壓燒結(jié)的壓力為25?40MPa，熱壓燒結(jié)的時間為1?4h。
【文檔編號】C22C9/00GK104084578SQ201410354188
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】蔣小松, 邵甄胰, 蔣佳芯, 劉晚霞, 李景瑞, 朱德貴, 章曼 申請人:西南交通大學(xué)