本發(fā)明涉及碳納米管復(fù)合材料及其制造方法。

背景技術(shù)：

到目前為止，作為用于提高金屬材料的強(qiáng)度的方法，已經(jīng)進(jìn)行了將與該金屬材料的母體金屬不同的第二金屬與該金屬材料混合的方法。然而，存在這樣的問(wèn)題：當(dāng)金屬材料與第二金屬混合時(shí)，金屬材料的導(dǎo)電率大幅度下降。

因此，碳納米管復(fù)合材料引起了關(guān)注。碳納米管具有高強(qiáng)度，并且另外，進(jìn)行沖猾導(dǎo)，因此，可以預(yù)期的是，與金屬材料相比，其強(qiáng)度和導(dǎo)電率將提高?，F(xiàn)在，提出了各種碳納米管復(fù)合材料。

例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中，描述了一種復(fù)合材料線材，其具有細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)，該細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)包括：包括碳納米管的分隔壁部；分隔壁內(nèi)部，其由分隔壁部覆蓋，并且由鋁材料等構(gòu)成。在該復(fù)合材料線材中，碳納米管與鋁材料的配比是0.2質(zhì)量％以上至5質(zhì)量％以下。

如下進(jìn)行在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中描述的復(fù)合材料線材的制造。也就是說(shuō)，首先，將包含鋁粉、碳納米管和彈性體的混合物經(jīng)受熱處理，從而使彈性體蒸發(fā)以得到多孔體。接著，使多孔體在罐中經(jīng)受等離子體燒結(jié)，并且制作坯料(billet)。而且，將該坯料經(jīng)受擠壓成型，并且在500℃退火，從而得到復(fù)合材料線材。

引用列表

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本未審查專(zhuān)利申請(qǐng)No.JP 2011-171291 A

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

然而，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中描述的復(fù)合材料線材具有導(dǎo)電率低下的問(wèn)題。這被認(rèn)為是因?yàn)檠趸ば纬稍阡X粉的各個(gè)粒子的表面上，從而增大了復(fù)合材料線材的電阻，以及因?yàn)槎嗫左w或坯料中的空氣間隙作為孔隙而剩余在復(fù)合材料線材中。

而且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中描述的復(fù)合材料線材已經(jīng)具有這樣的問(wèn)題：在蒸發(fā)彈性體時(shí)產(chǎn)生的殘?jiān)鼩埓嬖趶?fù)合材料線材的表面上，從而使得容易降低復(fù)合材料線材的導(dǎo)電率。

此外，由于碳納米管與鋁材料的配比是0.2質(zhì)量％以上至5質(zhì)量％以下，所以在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中描述的復(fù)合材料線材已經(jīng)具有碳納米管的復(fù)合量大從而增加了生產(chǎn)成本的問(wèn)題。

而且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中描述的復(fù)合材料線材要求大約四個(gè)小時(shí)用于蒸發(fā)彈性體和大約20分鐘用于等離子體燒結(jié)的處理時(shí)間，并且已經(jīng)具有其制造所需的時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。

鑒于上述情況而已經(jīng)做出了本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種碳納米管復(fù)合材料，該碳納米管復(fù)合材料具有高導(dǎo)電率和小的碳納米管的復(fù)合量。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種短時(shí)間的具有高導(dǎo)電率和小的碳納米管的配合量的碳納米管復(fù)合材料的制造方法。

解決問(wèn)題的方案

本發(fā)明的第一方面提供了一種碳納米管復(fù)合材料，包括：多晶物質(zhì)構(gòu)成的金屬母材，其中多個(gè)桿狀的金屬晶粒朝向同一方向；和碳納米管導(dǎo)電路徑，其由碳納米管構(gòu)成，并且通過(guò)在所述金屬母材的橫斷面上存在于桿狀的金屬晶粒之間的顆粒邊界的一部分中并且沿著所述金屬母材的縱向，而在所述金屬母材的縱向上形成能夠經(jīng)其導(dǎo)電的導(dǎo)電路徑。

本發(fā)明的第二方面提供了一種碳納米管復(fù)合材料，其中，相對(duì)于所述金屬母材，包含了0.1至1質(zhì)量％的碳納米管復(fù)合材料。

本發(fā)明的第三方面提供了一種碳納米管復(fù)合材料的制造方法，包括：壓坯形成步驟，通過(guò)將壓力施加到包含金屬粉末和碳納米管的混合粉末而形成粉末壓坯；和擠壓處理步驟，在真空環(huán)境下，在400℃以上，并且以0.1至100s^-1的應(yīng)變率對(duì)所述粉末壓坯進(jìn)行擠壓處理。

本發(fā)明的第四方面提供了一種碳納米管復(fù)合材料的制造方法，其中，相對(duì)于所述金屬粉末，所述混合粉末包含0.1至1質(zhì)量％的碳納米管。

本發(fā)明的第五方面提供了一種碳納米管復(fù)合材料的制造方法，其中，在所述壓坯形成步驟中施加于所述混合粉末的壓力等于或大于所述混合粉末中的所述金屬粉末的屈服應(yīng)力且等于或小于所述混合粉末的最大應(yīng)力。

有益效果

根據(jù)本發(fā)明的碳納米管復(fù)合材料具有高導(dǎo)電率和小的碳納米管的配合量。

根據(jù)本發(fā)明的碳納米管復(fù)合材料的制造方法能夠在短時(shí)間內(nèi)制造具有高導(dǎo)電率和小的碳納米管的配合量的碳納米管復(fù)合材料。

附圖說(shuō)明

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料的一部分的透視圖。

圖2是示意性地示出沿著圖1中的線A-A的截面的截面圖。

圖3是示意性地示出沿著圖1中的線B-B的截面的截面圖。

圖4(A)和4(B)均是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料的橫斷面的透射電子顯微鏡(TEM)照片的實(shí)例。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料的縱向截面的掃描電子顯微鏡(SEM)照片的實(shí)例。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料的縱向截面的掃描電子顯微鏡(SEM)照片的另一個(gè)實(shí)例。

圖7是示出壓坯形成步驟的實(shí)例的視圖。

圖8是說(shuō)明在壓坯形成步驟中施加于混合粉末的壓力的范圍的圖。

圖9是示出擠壓處理步驟的實(shí)例的視圖。

參考標(biāo)記列表

1 碳納米管復(fù)合材料

10 金屬母材

11 桿狀的金屬晶粒

15 顆粒邊界

20 碳納米管導(dǎo)電路徑

50 混合粉末

60 粉末壓坯

80 壓坯形成容器

81 容器本體

83 腔部

90 擠壓處理裝置

91 裝置本體

93 腔部

L 縱向

M 擠壓方向

具體實(shí)施方式

[碳納米管復(fù)合材料]

下面參考附圖描述該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料。

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料的一部分的透視圖。注意，這樣的碳納米管復(fù)合材料1是在縱向上延伸的線材，并且圖1僅示出了通過(guò)切割碳納米管復(fù)合材料1的沿著該縱向L的兩端而得到的一部分。圖2是示意性地示出沿著圖1中的線A-A的截面的截面圖。圖3是示意性地示出沿著圖1中的線B-B的截面的截面圖。

如圖2和圖3所示，該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料1包括：金屬母材10；和碳納米管導(dǎo)電路徑20。

(金屬母材)

金屬母材10由多晶物質(zhì)構(gòu)成，在該多晶物質(zhì)中，多個(gè)桿狀金屬晶粒11朝向同一方向。

例如，桿狀的金屬晶粒11由諸如鋁、鋁合金、銅和銅合金這樣的金屬制成。由于導(dǎo)電率高，所以優(yōu)選這些類(lèi)型的金屬晶粒的金屬。注意，桿狀的金屬晶粒11可能可以不可避免的雜質(zhì)。桿狀的金屬晶粒11中的不可避免的雜質(zhì)的濃度是10質(zhì)量％以下。

在本發(fā)明中，桿狀的金屬晶粒11代表具有1以上的縱橫比的桿狀的金屬晶粒。將縱橫比定義為長(zhǎng)邊(桿狀的金屬晶粒的縱向長(zhǎng)度)與短邊(桿狀的金屬晶粒的橫向長(zhǎng)度)的比率。能夠通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)來(lái)測(cè)量縱橫比。

桿狀的金屬晶粒11的截面形狀不受特別限制。注意，圖2示出了桿狀的金屬晶粒11的截面形狀是六角形的情況；然而，桿狀的金屬晶粒11的截面形狀可以是除了六角形之外的形狀。

例如，桿狀的金屬晶粒11的長(zhǎng)度是0.1至200μm。這里，桿狀的金屬晶粒11的長(zhǎng)度表示桿狀的金屬晶粒的縱向長(zhǎng)度。而且，關(guān)于桿狀的金屬晶粒11，例如，其晶粒的圓當(dāng)量直徑是0.1至100μm。這里，桿狀的金屬晶粒11的晶粒的圓當(dāng)量直徑表示桿狀的金屬晶粒11的橫斷面的平均晶粒直徑。在桿狀的金屬晶粒11的長(zhǎng)度和圓當(dāng)量直徑處于上述范圍內(nèi)的情況下，并且由于金屬晶粒11更精細(xì)，所以金屬母材10的強(qiáng)度更高。

金屬母材10形成為這樣的多晶物質(zhì)，其中，這些桿狀的金屬晶粒11中的多個(gè)朝向同一方向，并且彼此相鄰的桿狀的金屬晶粒11在顆粒邊界上彼此結(jié)合。這里，多個(gè)桿狀的金屬晶粒11朝向同一方向表示桿狀的金屬晶粒11的縱向指向同一方向。

順便提及，該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料1是通過(guò)沿著圖1和圖3所示的縱向L經(jīng)受擠壓處理而制造的。在圖3中，多個(gè)桿狀的金屬晶粒11朝向與縱向L相同的方向。

多個(gè)桿狀的金屬晶粒11朝向與縱向L相同的方向的原因是：在制造時(shí)，通過(guò)擠壓處理將未在特定方向上排列的金屬晶粒拉制在同一方向上。

注意，雖然通過(guò)經(jīng)受擠壓處理而制造該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料1；然而，本發(fā)明的碳納米管復(fù)合材料可以通過(guò)除了擠壓處理之外的方法制造。

(碳納米管導(dǎo)電路徑)

如圖2和圖3所示，在碳納米管復(fù)合材料1中，在桿狀的金屬晶粒11之間的顆粒邊界15的一部分上，存在碳納米管導(dǎo)電路徑20。多個(gè)碳納米管導(dǎo)電路徑20形成在碳納米管復(fù)合材料1中。

碳納米管導(dǎo)電路徑20由碳納米管構(gòu)成，并且在金屬母材10的縱向上形成能夠經(jīng)其導(dǎo)電的導(dǎo)電路徑。碳納米管導(dǎo)電路徑20由一個(gè)以上的碳納米管構(gòu)成。公知的碳納米管能夠用作構(gòu)成碳納米管導(dǎo)電路徑20的碳納米管。碳納米管的直徑是例如0.4至50nm。碳納米管的平均長(zhǎng)度是例如1μm以上。

作為構(gòu)成碳納米管導(dǎo)電路徑20的各個(gè)碳納米管，一個(gè)或兩個(gè)以上的碳納米管可以是以延伸狀態(tài)存在，或者該碳納米管可以是聚集成塊狀。

如圖2所示，碳納米管導(dǎo)電路徑20在金屬母材10的橫斷面上存在于桿狀的金屬晶粒11之間的顆粒邊界15的一部分上。也就是說(shuō)，在金屬母材10的橫斷面上，碳納米管導(dǎo)電路徑20并非存在于桿狀的金屬晶粒11的整個(gè)顆粒邊界15中。因此，碳納米管導(dǎo)電路徑20不具有覆蓋桿狀的金屬晶粒11的周邊的結(jié)構(gòu)。而且，如圖2所示，在存在多個(gè)碳納米管導(dǎo)電路徑20的情況下，通常地，碳納米管導(dǎo)電路徑20彼此間隔地存在。

注意，作為傳統(tǒng)的碳納米管復(fù)合材料，已知一種碳納米管復(fù)合材料，其具有桿狀的金屬晶粒的整個(gè)周邊由碳納米管導(dǎo)電路徑覆蓋的所謂的細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)。該細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)是桿狀的金屬晶粒進(jìn)入形成碳納米管導(dǎo)電路徑的細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。通常，細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)形成為由多個(gè)細(xì)胞構(gòu)成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，并且此外，以互相相鄰的兩個(gè)細(xì)胞互相結(jié)合從而共享壁面的方式構(gòu)成。在該細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)中，形成了碳納米管導(dǎo)電路徑存在于桿狀的金屬晶粒之間的整個(gè)顆粒邊界上的結(jié)構(gòu)。

相比之下，在根據(jù)該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料1中，在金屬母材10的橫斷面上，碳納米管導(dǎo)電路徑20僅存在于桿狀的金屬晶粒11之間的顆粒邊界15的一部分上，并且并非存在于整個(gè)顆粒邊界15上。因此，在根據(jù)該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料1中，碳納米管導(dǎo)電路徑20不形成覆蓋桿狀的金屬晶粒11的這種細(xì)胞，并且碳納米管復(fù)合材料1具有與細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)明顯不同的結(jié)構(gòu)。

如圖3所示，碳納米管導(dǎo)電路徑20呈現(xiàn)為沿著金屬母材10的縱向L，并從而在金屬母材10的縱向上形成能夠經(jīng)其導(dǎo)電的導(dǎo)電路徑。注意，在碳納米管復(fù)合材料1中，碳納米管復(fù)合材料20呈現(xiàn)為沿著金屬母材10的縱向L連續(xù)、間斷，或者既連續(xù)又間斷。

例如，在圖3中，三個(gè)碳納米管導(dǎo)電路徑20a、20b和20c呈現(xiàn)為沿著縱向L連續(xù)。這里，碳納米管導(dǎo)電路徑呈現(xiàn)為連續(xù)是表示：在縱向L上彼此相鄰的碳納米管導(dǎo)電路徑20彼此接觸。

而且，在圖3中，碳納米管導(dǎo)電路徑20d、20e和20f呈現(xiàn)為沿著縱向L間斷。這里，碳納米管導(dǎo)電路徑呈現(xiàn)為間斷是表示：在縱向L上彼此相鄰的碳納米管導(dǎo)電路徑20不彼此接觸。

注意，關(guān)于碳納米管導(dǎo)電路徑20，該碳納米管導(dǎo)電路徑20的至少一部分需要沿著金屬母材10的縱向L呈現(xiàn)。因此，不需要所有的碳納米管導(dǎo)電路徑20都沿著金屬母材10的縱向L呈現(xiàn)。例如，在根據(jù)該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料1中，碳納米管導(dǎo)電路徑20的一部分的朝向不需要沿著金屬母材10的縱向L。在這種情況下，碳納米管復(fù)合材料1中的碳納米管導(dǎo)電路徑20的朝向變?yōu)殡S機(jī)的。

如上所述，在根據(jù)該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料1中，多個(gè)碳納米管導(dǎo)電路徑20不需要沿著金屬母材10的縱向L連續(xù)地呈現(xiàn)。然而，由于金屬母材10自身具有導(dǎo)電率，所以即使碳納米管導(dǎo)電路徑20彼此間隔，也能夠使得通過(guò)該金屬母材10導(dǎo)通。

在根據(jù)該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料1中，關(guān)于金屬母材10，通常包含0.1至1質(zhì)量％、優(yōu)選地0.2至0.8質(zhì)量％、更加優(yōu)選地0.5至0.8質(zhì)量％的碳納米管導(dǎo)電路徑20。這里，1質(zhì)量％表示相對(duì)于100質(zhì)量份的金屬母材10包含1質(zhì)量份的碳納米管導(dǎo)電路徑20。注意，100質(zhì)量份的金屬母材10與100質(zhì)量份的桿狀的金屬晶粒11具有相同的意思。

當(dāng)碳納米管導(dǎo)電路徑20的含量處于上述范圍內(nèi)時(shí)，變得容易實(shí)現(xiàn)如下情況：碳納米管復(fù)合材料1變得在金屬母材10的橫斷面上存在于桿狀的金屬晶粒11之間的顆粒邊界15的一部分中。

注意，在具有傳統(tǒng)的細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)的碳納米管復(fù)合材料中，碳納米管導(dǎo)電路徑形成細(xì)胞的壁面。因此，在具有傳統(tǒng)的細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)的碳納米管復(fù)合材料中，碳納米管導(dǎo)電路徑的含量大致是1至5質(zhì)量％。

相比之下，根據(jù)該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料1不采用細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)，并且碳納米管導(dǎo)電路徑20僅需要在金屬母材10的橫斷面上存在于桿狀的金屬晶粒11之間的顆粒邊界15的一部分中。因此，根據(jù)該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料1能夠減少碳納米管導(dǎo)電路徑20的含量。

關(guān)于根據(jù)該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料1，示出了截面照片的實(shí)例。圖4(A)和4(B)均是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料的橫斷面的透射電子顯微鏡(TEM)照片的實(shí)例。圖4(A)和4(B)均是碳納米管復(fù)合材料1的橫斷面，即，通過(guò)沿著與碳納米管復(fù)合材料1的縱向垂直的平面切割碳納米管復(fù)合材料1而得到的截面的TEM照片的實(shí)例。注意，圖4(A)和4(B)是相同的TEM照片，其中僅改變了指定的參考標(biāo)記和標(biāo)號(hào)。而且，圖4是要在稍后描述的實(shí)例1的橫斷面的TEM照片。

如圖4(A)所示，在碳納米管復(fù)合材料1的橫斷面上，碳納米管導(dǎo)電路徑20存在于桿狀的金屬晶粒11之間的顆粒邊界15的一部分中。

圖4(B)是通過(guò)參考標(biāo)號(hào)C示出圖4(A)中的存在碳納米管導(dǎo)電路徑20的區(qū)域的照片。從圖4(B)理解到：存在于由參考標(biāo)號(hào)C表示的區(qū)域中的碳納米管導(dǎo)電路徑20并非存在于桿狀的金屬晶粒11之間的整個(gè)顆粒邊界15中，而是存在于顆粒邊界15的一部分中。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料的縱向截面的掃描電子顯微鏡(SEM)照片的實(shí)例。圖6是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料的縱向截面的掃描電子顯微鏡(SEM)照片的另一個(gè)實(shí)例。也就是說(shuō)，圖5和6是碳納米管復(fù)合材料1的縱向截面，即，通過(guò)沿著與碳納米管復(fù)合材料1的縱向平行的平面切割碳納米管復(fù)合材料1而得到的截面的SEM照片的實(shí)例。注意，圖5和6是要在稍后描述的實(shí)例1的縱向截面的SEM照片。

具體地，圖5是示出多個(gè)碳納米管導(dǎo)電路徑20形成為網(wǎng)狀的狀態(tài)的照片。而且，圖6是示出多個(gè)碳納米管導(dǎo)電路徑20聚集成球狀、并且不形成為網(wǎng)狀的狀態(tài)的照片。

如圖5所示，碳納米管導(dǎo)電路徑20沿著金屬母材10的縱向L呈現(xiàn)，并從而在金屬母材10的縱向上形成能夠經(jīng)其導(dǎo)電的導(dǎo)電路徑。注意，在碳納米管復(fù)合材料1中，碳納米管復(fù)合材料20呈現(xiàn)為沿著金屬母材10的縱向L連續(xù)、間斷，或者既連續(xù)又間斷。例如，在圖5中，三個(gè)碳納米管導(dǎo)電路徑201和20n沿著縱向L連續(xù)地呈現(xiàn)。

在圖6中，碳納米管導(dǎo)電路徑20p、20q、20r和20s由于碳納米管的聚集的結(jié)果而形成為塊狀。能夠根據(jù)碳納米管導(dǎo)電路徑20不形成為沿著縱向L延伸的形狀的事實(shí)而確定碳納米管導(dǎo)電路徑20形成為塊狀的事實(shí)。而且，在圖6中，兩個(gè)碳納米管導(dǎo)電路徑20p和20q沿著縱向L間斷。此外，在圖6中，兩個(gè)碳納米管導(dǎo)電路徑20r和20s沿著縱向L間斷。

根據(jù)該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料1具有高導(dǎo)電率和小的碳納米管的復(fù)合量。注意，認(rèn)為碳納米管復(fù)合材料1的導(dǎo)電率增加的原因是因?yàn)椋河捎谔技{米管復(fù)合材料1不具有細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)，所以在制造碳納米管復(fù)合材料1時(shí)，不需要使用彈性體，并且不存在由于彈性體的蒸發(fā)而產(chǎn)生的殘?jiān)?/p>

[碳納米管復(fù)合材料的制造過(guò)程]

接著，將參考附圖描述根據(jù)該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料的制造過(guò)程。

根據(jù)該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料的制造過(guò)程包括：壓坯形成步驟和擠壓處理步驟。

(壓坯形成步驟)

壓坯形成步驟是通過(guò)將壓力施加于包含金屬粉末和碳納米管的混合粉末而形成粉末壓坯的步驟。

<金屬粉末>

作為金屬粉末，例如，使用鋁粉末、鋁合金粉末、銅粉末或銅合金粉末。由于導(dǎo)電率高，所以優(yōu)選這些類(lèi)型的金屬粉末。金屬粉末的平均粒子直徑D₅₀是例如1至500μm，優(yōu)選地3至300μm。這里，D₅₀表示中位直徑。當(dāng)金屬粉末的平均粒子直徑D₅₀處于上述范圍內(nèi)時(shí)，容易得到該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料1。而且，金屬粉末可以是平均粒子直徑D₅₀不同的多種類(lèi)型的金屬粉末的混合物。如果金屬粉末是平均粒子直徑D₅₀不同的多種類(lèi)型的金屬粉末的混合物，則金屬粉末粒子之間的間隙變小，并且因此，容易形成粉末壓坯。

<碳納米管>

作為碳納米管，使用與在該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料中使用的碳納米管相同的碳納米管。注意，碳納米管可以是預(yù)先通過(guò)使用酸洗滌而從其去除諸如鉑和無(wú)定形碳這樣的金屬催化劑的碳納米管，或者可以是預(yù)先通過(guò)預(yù)先經(jīng)受高溫處理而石墨化的碳納米管。當(dāng)對(duì)于碳納米管進(jìn)行如上所述的預(yù)處理時(shí)，能夠提高碳納米管的純度和結(jié)晶度。除了這些之外的事項(xiàng)與在該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料中描述的事項(xiàng)相同，并且因此，省略其關(guān)于碳納米管的描述。

<混合粉末>

混合粉末是包含金屬粉末和碳納米管的粉末。例如，通過(guò)將金屬粉末和碳納米管互相混合在諸如醇基溶劑這樣的溶劑中并且蒸發(fā)溶劑的方法而得到該混合粉末。

關(guān)于金屬粉末，混合粉末包含通常為0.1至1質(zhì)量％，優(yōu)選地0.2至0.8質(zhì)量％，更加優(yōu)選地0.5至0.8％質(zhì)量％的碳納米管。這里，1質(zhì)量％表示相對(duì)于100質(zhì)量份的金屬粉末包含1質(zhì)量份的碳納米管。

在壓坯形成步驟中，通過(guò)對(duì)上述混合粉末施加壓力并且按壓混合粉末而形成粉末壓坯。在壓坯形成步驟中，按壓混合粉末，使得混合粉末中的金屬粉末粒子之間的間隙能夠變得最小。能夠使用公知的方法作為對(duì)混合粉末施加壓力的方法，并且例如，使用將混合粉末注入筒狀的壓坯形成容器內(nèi)，并且其后在該容器中對(duì)混合粉末加壓的方法。

在得到的粉末壓坯中，碳納米管通常存在于被按壓的金屬粉末粒子之間的間隙中。作為碳納米管，只要碳納米管存在于金屬粉末粒子之間的間隙中，一個(gè)或兩個(gè)以上的碳納米管可以是以延伸狀態(tài)呈現(xiàn)，或者可以是聚集成塊狀。

參考附圖對(duì)壓坯形成步驟進(jìn)行描述。圖7是示出壓坯形成步驟的一個(gè)實(shí)例的視圖。圖7所示的壓坯形成容器80是用于通過(guò)對(duì)混合粉末50施加壓力而形成粉末壓坯60的容器。壓坯形成容器80由筒狀的容器本體81構(gòu)成，該容器本體81設(shè)置有在軸向上貫通容器本體81的柱狀的腔部83。

在壓坯形成步驟中，首先，將壓坯形成容器80安裝于底板(未示出)上。此時(shí)，壓坯形成容器80安裝成使得不能在該壓坯形成容器80的底面與底板的表面之間產(chǎn)生間隙。接著，將混合粉末50注入到底部側(cè)由底板封閉的所述壓坯形成容器80的腔部83內(nèi)。而且，通過(guò)參考標(biāo)號(hào)F1的力使壓力施加于腔部83中的混合粉末50，并且按壓混合粉末50，從而形成粉末壓坯60。

將在壓坯形成步驟中通過(guò)參考標(biāo)號(hào)F1的力而施加于混合粉末50的壓力設(shè)定為等于或大于混合粉末50中的金屬粉末的屈服應(yīng)力，且等于或小于其最大應(yīng)力。例如，在混合粉末50中的金屬粉末是鋁粉的情況下，將壓力施加于混合粉末50，使得壓力能夠變得等于或大于鋁粉的屈服應(yīng)力且等于或小于其最大應(yīng)力。如果將施加于混合粉末50的壓力設(shè)定為等于或大于混合粉末50中的金屬粉末的屈服應(yīng)力且等于或小于其最大應(yīng)力，則形成粉末壓坯60，其中，按壓混合粉末50，使得混合粉末50中的金屬粉末件之間的間隙能夠變得最小。

這里，屈服應(yīng)力表示彈性變形與塑性變形之間的邊界點(diǎn)處的應(yīng)力。也就是說(shuō)，對(duì)于諸如金屬粉末這樣的金屬材料，通常地，在具有小應(yīng)變量的區(qū)域中，應(yīng)力隨著應(yīng)變量增大而成比例地增大(彈性變形)；然而，當(dāng)應(yīng)變量超過(guò)預(yù)定的應(yīng)變量時(shí)，應(yīng)力停止與應(yīng)變量成比例地增大(塑性變形)。將該預(yù)定的應(yīng)變量處的應(yīng)力稱為屈服應(yīng)力。而且，最大應(yīng)力表示彈性變形和塑性變形這兩個(gè)區(qū)域的應(yīng)力的最大值。金屬材料的最大應(yīng)力通常存在于塑性變形區(qū)域中。

參考附圖對(duì)施加于混合粉末50的壓力等于或大于金屬粉末的屈服應(yīng)力且等于或小于其最大應(yīng)力的情況進(jìn)行描述。圖8是說(shuō)明在壓坯形成步驟中施加于混合粉末的壓力的范圍的圖。具體地，圖8是示出在金屬粉末是純Al(鋁)的情況和金屬粉末是鋁合金的情況下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖的圖。注意，圖8的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖是表示應(yīng)力的軸由對(duì)數(shù)顯示的半對(duì)數(shù)圖。

如圖8所示，在金屬粉末由純Al(鋁)構(gòu)成的情況下，屈服應(yīng)力變?yōu)樵邳c(diǎn)A₁處的應(yīng)力YS₁，并且最大應(yīng)力變?yōu)樵邳c(diǎn)A₂處的應(yīng)力MS₁。因此，在包含在混合粉末50中的金屬粉末由純Al(鋁)構(gòu)成的情況下，將在壓坯形成步驟中施加于混合粉末50的壓力設(shè)定為等于或大于屈服應(yīng)力YS₁且等于或小于最大應(yīng)力MS₁。注意，雖然示出圖8的純Al的應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的0點(diǎn)與點(diǎn)A₁之間的區(qū)域作為曲線示出，但是該區(qū)域是應(yīng)力變得與應(yīng)變量的增大成比例的彈性變形區(qū)域。將該區(qū)域示出為曲線的原因是因?yàn)閳D8是半對(duì)數(shù)圖。

而且，在金屬粉末由鋁合金構(gòu)成的情況下，屈服應(yīng)力變?yōu)辄c(diǎn)B₁處的應(yīng)力YS₂，并且最大應(yīng)力變?yōu)辄c(diǎn)B₂處的應(yīng)力MS₂。因此，在包含在混合粉末50中的金屬粉末由鋁合金構(gòu)成的情況下，將在壓坯形成步驟中施加于混合粉末50的壓力設(shè)定為等于或大于屈服應(yīng)力YS₂且等于或小于最大應(yīng)力MS₂。注意，與上述0點(diǎn)與點(diǎn)A₁之間的區(qū)域相似，圖8的鋁合金的應(yīng)力-應(yīng)變曲線上的0點(diǎn)與點(diǎn)B₁之間的區(qū)域是彈性變形區(qū)域。

通常在常溫下進(jìn)行壓坯形成步驟中的用于將壓力施加于混合粉末50的過(guò)程。而且，壓坯形成步驟中的將壓力施加于混合粉末50的時(shí)間通常是5至60秒，優(yōu)選地10至40秒。在該步驟中，混合粉末50不包含諸如需要幾個(gè)小時(shí)的熱處理的彈性體這樣的有機(jī)物，并且實(shí)施通過(guò)按壓混合粉末50而形成粉末壓坯60的物理過(guò)程，并且因此，能夠?qū)?duì)混合粉末50施加壓力的時(shí)間設(shè)定為極短的時(shí)間。

當(dāng)在壓坯形成步驟中將預(yù)定范圍內(nèi)的壓力施加于混合粉末50時(shí)，粉末壓坯60由壓坯形成容器80的腔部83中的混合粉末50形成。例如，粉末壓坯60通過(guò)突出而從壓坯形成容器80的腔部83排出。得到的粉末壓坯60在作為下一個(gè)步驟的擠壓處理步驟中使用。

(擠壓處理步驟)

擠壓處理步驟是在真空環(huán)境下，在400℃以上并且以0.1至100s^-1的應(yīng)變率進(jìn)行粉末壓坯60的擠壓處理的步驟。

在擠壓處理步驟中，粉末壓坯60被加熱并且經(jīng)受擠壓處理，從而得到碳納米管復(fù)合材料1。能夠?qū)⒐姆椒ㄓ米鲗?shí)施粉末壓坯60的擠壓處理的方法，并且例如，使用了將粉末壓坯60注入到筒狀的擠壓處理裝置內(nèi)，并且其后在該容器中加熱粉末壓坯60并且實(shí)施其擠壓處理的方法。

將參考附圖進(jìn)行擠壓處理步驟的描述。圖9是示出擠壓處理步驟的實(shí)例的視圖。圖9所示的擠壓處理裝置90是通過(guò)加熱粉末壓坯60并且實(shí)施其擠壓處理而形成碳納米管復(fù)合材料1的裝置。擠壓處理裝置90包括：筒狀的裝置本體91，其設(shè)置有筒狀的腔部93，粉末壓坯60裝入到腔部93內(nèi)；和模具95，其設(shè)置在裝置本體91的底部，并且排出擠壓工件。

在擠壓處理步驟中，裝入到擠壓處理裝置90的腔部93內(nèi)的粉末壓坯60在真空環(huán)境下被加熱，其后被施加參考標(biāo)號(hào)F2的力，并且在擠壓方向M上從模具95擠出。注意，可以將擠壓處理步驟中的這樣的氣體環(huán)境設(shè)定為惰性氣體環(huán)境來(lái)代替真空環(huán)境。

進(jìn)行粉末壓坯60的加熱，使得粉末壓坯60的溫度能夠變?yōu)橥ǔ?00℃以上，優(yōu)選地400至700℃，更加優(yōu)選地400至660℃，再更加優(yōu)選地400至650℃。如果粉末壓坯60的溫度小于400℃，則變得難以實(shí)施擠壓處理。而且，如果粉末壓坯60的溫度超過(guò)660℃，則擔(dān)心可能在碳納米管復(fù)合材料1中產(chǎn)生碳化鋁。

而且，進(jìn)行粉末壓坯60的加熱，使得粉末壓坯60的溫度處于上述溫度范圍內(nèi)的時(shí)間能夠變?yōu)橥ǔ５?.3至5分鐘，優(yōu)選地0.5至3分鐘。在該步驟中，粉末壓坯60不包含要求幾個(gè)小時(shí)的熱處理的諸如彈性體這樣的有機(jī)物，并且在該步驟中得到的碳納米管復(fù)合材料1也不具有細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)。因此，在該步驟中，能夠?qū)⑦@樣的粉末壓坯60的加熱時(shí)間設(shè)定為極短的時(shí)間。

擠壓處理時(shí)受熱的粉末壓坯60的應(yīng)變率通常是0.1至100s^-1，優(yōu)選地是0.3至3s^-1。如果應(yīng)變率處于該范圍內(nèi)，則得到的碳納米管復(fù)合材料1變?yōu)樵O(shè)置有根據(jù)該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和特性的碳納米管復(fù)合材料。

擠壓處理時(shí)的擠壓率通常是4以上。如果擠壓率小于4，則擔(dān)心粉末壓坯60的燒結(jié)可能變得不充分。這里，擠壓率表示粉末壓坯60的橫斷面的截面積相對(duì)于作為擠壓材料的碳納米管復(fù)合材料1的橫斷面的截面積的比率。

通過(guò)上述擠壓處理得到的碳納米管復(fù)合材料1與該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料1具有相同或相似的結(jié)構(gòu)。因此，省略碳納米管復(fù)合材料1的描述。

根據(jù)該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料的制造方法能夠在短時(shí)間內(nèi)制造具有高導(dǎo)電率和小的碳納米管的復(fù)合量的碳納米管復(fù)合材料。注意，認(rèn)為碳納米管復(fù)合材料1的導(dǎo)電率增加的原因是因?yàn)椋河捎谔技{米管復(fù)合材料1不具有細(xì)胞狀結(jié)構(gòu)，所以在制造碳納米管復(fù)合材料1時(shí)，不需要使用彈性體，并且不存在由于彈性體的蒸發(fā)而產(chǎn)生的殘?jiān)?。而且，能夠在短時(shí)間內(nèi)制造碳納米管復(fù)合材料1的原因是因?yàn)椋翰恍枰獜椥泽w的蒸發(fā)操作，并且即使其中包括壓坯形成步驟和擠壓處理步驟，也能夠在大約2分鐘內(nèi)制造碳納米管復(fù)合材料1。

實(shí)例

下面將通過(guò)實(shí)例和比較例更加詳細(xì)地描述本發(fā)明；然而，本發(fā)明不限于這些實(shí)例。

[實(shí)例1]

(壓坯形成步驟)

首先，將具有99.9％的純度和50μm的平均粒子直徑D₅₀的100質(zhì)量份的鋁粉和具有大約40nm的直徑和大約5μm的平均長(zhǎng)度的1質(zhì)量份的碳納米管在醇基溶劑中互相混合。其后，蒸發(fā)醇基溶劑，并且制備了包含鋁粉和碳納米管的混合粉末。

接著，將混合粉末注入到圖7所示的壓坯形成容器80的腔部83內(nèi)，并且在常溫(20℃)下對(duì)混合粉末施加壓力20秒。注意，將等于或大于混合粉末中的鋁粉的屈服應(yīng)力且等于或小于其最大應(yīng)力的壓力施加于該混合粉末。結(jié)果，在壓坯形成容器80的腔部83中形成粉末壓坯。

(擠壓處理步驟)

而且，將粉末壓坯注入到圖9所示的擠壓處理裝置90腔部93內(nèi)，并且將模具95的設(shè)定溫度設(shè)定為500℃并且在真空環(huán)境下保持大約2分鐘，使粉末壓坯經(jīng)受擠壓處理。在擠壓處理中，將應(yīng)變率設(shè)定為1s^-1。而且，將擠壓處理的擠壓率設(shè)定為4。

在擠壓處理結(jié)束之后，得到碳納米管復(fù)合材料。得到的碳納米管復(fù)合材料是這樣的碳納米管復(fù)合材料，其包括：由多晶物質(zhì)構(gòu)成的金屬母材，在該多晶物質(zhì)中，多個(gè)桿狀的金屬晶粒朝向同一方向；和碳納米管導(dǎo)電路徑，其由碳納米管構(gòu)成。碳納米管導(dǎo)電路徑是這樣的碳納米管導(dǎo)電路徑，其通過(guò)在金屬母材的橫斷面上存在于桿狀的金屬晶粒之間的顆粒邊界的一部分中并且沿著金屬母材的縱向，而在金屬母材的縱向上形成能夠經(jīng)其導(dǎo)電的導(dǎo)電路徑。

圖4示出得到的碳納米管復(fù)合材料的橫斷面的透射電子顯微鏡(TEM)照片。圖4(A)和4(B)均是通過(guò)沿著碳納米管復(fù)合材料1的橫斷面切割碳納米管復(fù)合材料1而得到的碳納米管復(fù)合材料1的截面的TEM照片的實(shí)例。注意，圖4(A)和4(B)是相同的TEM照片，其中僅改變了指定的參考標(biāo)記和標(biāo)號(hào)。

從圖4(A)理解到：在碳納米管復(fù)合材料1的橫斷面上，碳納米管導(dǎo)電路徑20存在于桿狀的金屬晶粒11之間的顆粒邊界15的一部分中。而且，從圖4(B)理解到：存在于由參考標(biāo)號(hào)C表示的區(qū)域中的碳納米管導(dǎo)電路徑20并非存在于桿狀的金屬晶粒11之間的整個(gè)顆粒邊界15中，而是存在于顆粒邊界15的一部分中。

圖5和6示出得到的碳納米管復(fù)合材料的縱向截面的掃描電子顯微鏡(SEM)照片。

從圖5理解到：三個(gè)碳納米管導(dǎo)電路徑201和20m沿著縱向L連續(xù)。而且，從圖6理解到：碳納米管導(dǎo)電路徑20p、20q、20r和20s由于碳納米管的聚集的結(jié)果而形成為塊狀。而且，從圖6理解到：兩個(gè)碳納米管導(dǎo)電路徑20p和20q沿著縱向L間斷，并且兩個(gè)碳納米管導(dǎo)電路徑20r和20s沿著縱向L間斷。

(評(píng)估)

關(guān)于碳納米管復(fù)合材料，根據(jù)JIS C3002來(lái)評(píng)估其導(dǎo)電率。關(guān)于導(dǎo)電率，通過(guò)在保持在20℃(±0.5℃)的恒溫爐中使用四端子法來(lái)測(cè)量碳納米管復(fù)合材料的比電阻，并且根據(jù)該比電阻來(lái)計(jì)算導(dǎo)電率。將測(cè)量比電阻時(shí)的端子間距離設(shè)定為1000mm。得到的結(jié)果在表格1中示出。

[實(shí)例2至4，比較例1和2]

除了混合粉末中的金屬粉末和CNT(碳納米管)相對(duì)于金屬粉末的復(fù)合量改變之外，以與實(shí)例1相似的方式制造碳納米管復(fù)合材料(實(shí)例2至4)或金屬材料(比較例1和2)，如表格1所示。

關(guān)于得到的碳納米管復(fù)合材料(實(shí)例2至4)和得到的金屬材料(比較例1和2)，以與實(shí)例1相似的方式計(jì)算其導(dǎo)電率。得到的表格在表格1中示出。

從表格1中理解到：當(dāng)通過(guò)使用相同的金屬粉末制造的實(shí)例1和3的碳納米管復(fù)合材料以及比較例1的金屬材料互相比較時(shí)，實(shí)例1和3比比較例1提高了導(dǎo)電率。以相似的方式理解到：當(dāng)通過(guò)使用相同的金屬粉末制造的實(shí)例2和4的碳納米管復(fù)合材料以及比較例2的金屬材料互相比較時(shí)，實(shí)例2和4比比較例2提高了導(dǎo)電率。

日本專(zhuān)利申請(qǐng)No.2014-079352(2014年4月8日提交)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用并入此處。

以上通過(guò)實(shí)施例描述了本發(fā)明；然而，本發(fā)明不限于此，并且能夠在本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改。

工業(yè)實(shí)用性

例如，能夠?qū)⒏鶕?jù)該實(shí)施例的碳納米管復(fù)合材料用作汽車(chē)線束的線材。