本發(fā)明屬于材料改性技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種在碳纖維表面沉積金屬的方法。
背景技術(shù)：
碳纖維是由片狀石墨微晶沿軸向堆砌而成的新型纖維材料，具有許多優(yōu)良性能，例如導(dǎo)電性好、高強(qiáng)度、高模量、耐腐蝕、耐高溫等。由于這些優(yōu)異的性能，碳纖維常被用于電磁屏蔽材料、防靜電材料、電池電極等，從而在電子通信、石油開采、基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，碳纖維還可以作為增強(qiáng)材料加入到金屬及合金材料中，構(gòu)成金屬基復(fù)合材料，進(jìn)而提高其耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞等性能，從而使得碳纖維在航空航天、國防軍工和民用工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。但是，由于碳纖維表面能低，表面惰性大，與金屬基體間的界面結(jié)合性差，界面存在較多缺陷，限制了碳纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料優(yōu)異性能的發(fā)揮。
目前，改善碳纖維與金屬基體間的相容性最常用的方法就是碳纖維表面金屬化處理。常用的碳纖維表面金屬化處理方法有電鍍和化學(xué)鍍。電鍍是鍍液中的金屬離子在外電場(chǎng)的作用下，經(jīng)電極反應(yīng)還原成金屬單質(zhì)，并在陰極上進(jìn)行金屬沉積的過程。電鍍工藝價(jià)格低，可沉積的金屬及合金種類多。但是電鍍法需要直流電源設(shè)備，鍍層不均勻。化學(xué)鍍是一種不需要通電，依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理，利用強(qiáng)還原劑將金屬離子還原成金屬而沉積在各種材料表面形成致密鍍層的方法。傳統(tǒng)的化學(xué)鍍雖然可獲得均勻的鍍層，工藝易掌控，但是需要進(jìn)行敏化、活化等多步前處理過程，產(chǎn)生廢液多，對(duì)環(huán)境污染大。因此尋求一種工藝簡(jiǎn)單易控、環(huán)境友好的碳纖維表面金屬化方法就顯得十分重要。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)路線是：將碳纖維置于金屬鹽和自由基清除劑的混合溶液中，利用環(huán)境友好且高效易控的γ輻照一步將金屬離子還原成金屬單質(zhì)，并沉積到碳纖維表面，形成金屬層，獲得工藝高效、易掌控、成本低廉、適合批量制備的碳纖維表面金屬化方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決碳纖維表面沉積金屬時(shí)存在的工藝繁多，污染大的問題，獲得一種工藝簡(jiǎn)單，環(huán)境友好的碳纖維表面沉積金屬的方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，所采取的技術(shù)方案，步驟如下：
(1)用清洗劑回流洗滌碳纖維一段時(shí)間直至表面雜質(zhì)完全脫落。
(2)配制金屬鹽和自由基清除劑的混合溶液，用密閉容器盛放。
(3)將清洗過的碳纖維置于混合溶液中，并通入惰性氣體曝氣，一段時(shí)間后，對(duì)樣品進(jìn)行γ輻照處理。
(4)輻照處理完后，將碳纖維取出并干燥，得到表面有金屬層的碳纖維。
上述步驟(1)中所述的清洗劑為二甲基甲酰胺、四氫呋喃、丙酮等有機(jī)溶劑中的一種。
上述步驟(1)中所述的時(shí)間為20～48h。
上述步驟(2)中所述的金屬鹽為AgNO3、Ni(NO3)2·6H2O、Cu(NO3)2等，濃度為1～10g/L。自由基清除劑為乙醇、異丙醇、叔丁醇等醇類中的一種或幾種的混合液。自由基清除劑使用的量為總體積的1～10％。
上述步驟(3)中所述惰性氣體為氬氣、氮?dú)?、氦氣中的一種。
上述步驟(3)中所述曝氣時(shí)間為10～30min。
上述步驟(3)中所述γ輻照的劑量為30～100KGy，劑量率為10～100Gy/min。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明利用γ射線高效還原金屬離子的作用，將金屬離子還原成金屬單質(zhì)，并沉積在碳纖維表面，實(shí)現(xiàn)碳纖維表面金屬化，從而提高碳纖維與金屬基體間的界面性能。輻照法工藝高效、易掌控、成本低廉、適合批量制備，從而可實(shí)現(xiàn)碳纖維表面金屬化的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1：
用二甲基甲酰胺回流洗滌碳纖維20h直至表面雜質(zhì)完全脫落。配制2g/L的AgNO3置于可密閉容器中，同時(shí)加入乙醇。然后將碳纖維放入溶液中，保證其完全沒入溶液中，經(jīng)氬氣曝氣10min后迅速將容器密閉，將盛滿溶液的密閉容器在常溫下進(jìn)行γ輻照處理，輻照劑量為30KGy，劑量率為30Gy/min；輻照反應(yīng)完成后，將碳纖維取出并干燥，得到表面有銀金屬層的碳纖維。
實(shí)施例2：
用四氫呋喃回流洗滌碳纖維30h直至表面雜質(zhì)完全脫落。配制4g/L的Ni(NO3)2·6H2O置于可密閉容器中，同時(shí)加入異丙醇。然后將碳纖維放入溶液中，保證其完全沒入溶液中，經(jīng)氮?dú)馄貧?0min后迅速將容器密閉，將盛滿溶液的密閉容器在常溫下進(jìn)行γ輻照處理，輻照劑量為60KGy，劑量率為60Gy/min；輻照反應(yīng)完成后，將碳纖維取出并干燥，得到表面有鎳金屬層的碳纖維。
實(shí)施例3：
用丙酮回流洗滌碳纖維48h直至表面雜質(zhì)完全脫落。配制8g/L的Cu(NO3)2置于可密閉容器中，同時(shí)加入叔丁醇。然后將碳纖維放入溶液中，保證其完全沒入溶液中，經(jīng)氦氣曝氣30min后迅速將容器密閉，將盛滿溶液的密閉容器在常溫下進(jìn)行γ輻照處理，輻照劑量為100KGy，劑量率為100Gy/min；輻照反應(yīng)完成后，將碳纖維取出并干燥，得到表面有銅金屬層的碳纖維。