碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料及其制備方法，屬于復(fù)合材料的制備領(lǐng)域。以含金屬元素和銅離子的可溶性鹽類、碳納米管為原料配置成溶膠，將溶膠在噴霧干燥機(jī)下噴霧造粒得到納米級(jí)別的混合粉末，將混合粉末在無(wú)氧氣氛下煅燒得到黑色粉體，將黑色粉體在氫氣氣氛下還原得到碳納米管-金屬元素復(fù)合增強(qiáng)銅基粉末，將復(fù)合粉末等靜壓成型后在氫氣氣氛下燒結(jié)，得到金屬元素X在0.1~2wt%，碳納米管在0.1~2wt%的碳納米管-金屬元素復(fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。本發(fā)明可形成相應(yīng)的碳化物，改善了增強(qiáng)體與銅基體的界面結(jié)合差導(dǎo)致增強(qiáng)體團(tuán)聚的問(wèn)題，能獲得綜合性能優(yōu)異的銅基復(fù)合材料。
【專利說(shuō)明】碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(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)合材料及其制備的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]銅以其高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性及良好的延展性等特性成為最實(shí)用的純金屬之一。但銅的硬度和屈服強(qiáng)度較低，抗蠕變性能和抗熔焊性能也較差，因此制約著它在電子、電器及其他一些工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。從20世紀(jì)60年代開始就有研究者在銅基體中添加增強(qiáng)體來(lái)制備出較高強(qiáng)度和耐磨性的銅基復(fù)合材料，同時(shí)保持了銅基體的優(yōu)良導(dǎo)電導(dǎo)熱性。目前，常見的增強(qiáng)體材料有:①氧化鋁纖維、碳纖維、硼纖維等纖維類增強(qiáng)體氧化物(A1203、BeO2)晶須、非氧化物(SiC、N4)晶須和金屬(如Cu、Fe、N1、Cr等)晶須等晶須類增強(qiáng)體；(D氧化物、碳化物、氮化物、硼化物，如Al203、Zr02、SiC、WC、TiC、AlN、Si3N4^TiB2等)陶瓷類顆粒增強(qiáng)體；④石墨、金屬間化合物(FeAl、MoSi2等顆粒)、金屬元素(W、Mo等)顆粒類增強(qiáng)體。
[0003]要得到性能優(yōu)良的銅基復(fù)合材料，必須保證增強(qiáng)體在銅基體中的均勻分布，并且在界面處保持良好的結(jié)合，制備銅基復(fù)合材料的方法有很多，常用的有粉末冶金法、機(jī)械合金化法、內(nèi)氧法、原位自生成法、化學(xué)包裹法、無(wú)壓浸滲法、攪拌鑄造法等，不同的增強(qiáng)體材料選擇不同的制備 方法來(lái)制備銅基復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料及其制備方法，可制造出增強(qiáng)體在銅基體中均勻分布，綜合性能優(yōu)異的銅基復(fù)合材料。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，所述金屬元素X為鐵(Fe)、鎢(W)、鈦(Ti)和鑰(Mo)中的一種或兩種組合或多種組合，其在銅基復(fù)合材料中所占質(zhì)量百分比為
0.1%~2%。
[0006]所述碳納米管(CNTs)的平均直徑為4(T60nm，平均長(zhǎng)度5~15 μ m,其在銅基復(fù)合材料中所占質(zhì)量百分比為0.1%~2%。
[0007]其中所述碳納米管-金屬元素在銅基復(fù)合材料中所占質(zhì)量百分比為0.2%~4%。
[0008]本發(fā)明的碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法主要的工藝流程是:溶膠制備一噴霧造粒一煅燒一還原一壓制成型一氣氛燒結(jié)一得到碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。具體按照以后步驟完成:
(1)將含金屬元素X的可溶性鹽類與含銅離子(Cu2+)的可溶性鹽類按照0.r2wt%的金屬元素X、96、9.8wt%的銅(Cu)的比例添加到去離子水中配置成相應(yīng)的混合溶液，所述的金屬元素X為鐵(Fe)、鎢(W)、鈦(Ti)和鑰(Mo)元素中的一種或兩種組合或多種組合；
(2)將0.r2wt%混酸純化處理后的碳納米管(CNTs)添加到步驟(1)的混合溶液中，超聲處理0.5^3小時(shí)，獲得溶膠；(3)將步驟(2)的溶膠在噴霧干燥機(jī)下進(jìn)行噴霧造粒，獲得納米級(jí)別的混合粉末；
(4)將步驟(3)得到的混合粉末在無(wú)氧氣氛，500°C~700°C溫度下煅燒，煅燒時(shí)間為
0.5^3小時(shí)得到黑色粉體；
(5)將煅燒后的黑色粉體在氫氣氣氛，300°C飛00°C溫度下還原，還原時(shí)間為2飛小時(shí)，得到碳納米管-金屬元素和銅的復(fù)合粉末；
(6)將步驟(5)得到的復(fù)合粉末在IOOlOOMPa壓力下進(jìn)行等靜壓壓制，保壓時(shí)間為2^10分鐘；
(7)將步驟(6)獲得的壓坯在氫氣氣氛，800°C~1100°C溫度下燒結(jié)廣3小時(shí)，得到碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。
[0009]所述的可溶性鹽類為氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽、鎢酸鹽中的一種或兩種組合或多種組合。
[0010]所述碳納米管(CNTs)的混酸純化處理過(guò)程為:CNTs經(jīng)體積比H2SO4 =HNO3為1:3的混酸純化，再經(jīng)洗滌、過(guò)濾、干燥處理。
[0011]采用以上技術(shù)方案后，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果在于:采用碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，可形成相應(yīng)的碳化物，改善了增強(qiáng)體與銅基體的界面結(jié)合差導(dǎo)致增強(qiáng)體團(tuán)聚的問(wèn)題，能獲得綜合性能優(yōu)異的銅基復(fù)合材料，同時(shí)，此制備方法工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高，可用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0013]對(duì)原材料的化學(xué)成分要求如下:
【權(quán)利要求】
1.一種碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，其特征在于:所述金屬元素X為鐵、鎢、鈦和鑰中的一種或兩種組合或多種組合，其在銅基復(fù)合材料中所占質(zhì)量百分比為0.1%~2%。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，其特征在于:所述碳納米管的平均直徑為4(T60nm，平均長(zhǎng)度為5~15 μ m，其在銅基復(fù)合材料中所占質(zhì)量百分比為0.1%~2%。
3.—種碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于具體步驟如下: (1)將含金屬元素X的可溶性鹽類與含銅離子的可溶性鹽類按照0.r2wt%的金屬元素X、96、9.8wt%的銅的比例添加到去離子水中配置成相應(yīng)的混合溶液，所述的金屬元素X為鐵、鎢、鈦和鑰元素中的一種或兩種組合或多種組合； (2)將0.l~2wt%混酸純化處理后的碳納米管添加到步驟(1)的混合溶液中，超聲處理0.5~3小時(shí)，獲得溶膠； (3)將步驟(2)的溶膠在噴霧干燥機(jī)下進(jìn)行噴霧干燥，獲得納米級(jí)別的混合粉末； (4)將步驟(3)得到的 混合粉末在無(wú)氧氣氛，500°C~700°C溫度下煅燒，煅燒時(shí)間為0.5^3小時(shí)得到黑色粉體； (5)將煅燒后的黑色粉體在氫氣氣氛，300°C飛00°C溫度下還原，還原時(shí)間為2飛小時(shí)，得到碳納米管-金屬元素和銅的復(fù)合粉末； (6)將步驟(5)得到的復(fù)合粉末在IOOlOOMPa壓力下進(jìn)行等靜壓壓制，保壓時(shí)間為2~10分鐘，得到壓坯； (7)將步驟(6)獲得的壓坯在氫氣氣氛，800°C~1100°C溫度下燒結(jié)廣3小時(shí)，得到碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述的可溶性鹽類為氯化物、硝酸鹽、硫酸鹽、鎢酸鹽中的一種或兩種組合或多種組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述碳納米管-金屬?gòu)?fù)合增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述碳納米管的混酸純化處理過(guò)程為:碳納米管經(jīng)體積比H2SO4 =HNO3為1:3的混酸純化，再經(jīng)洗滌、過(guò)濾、干燥處理。
【文檔編號(hào)】C22C9/00GK103981393SQ201410204775
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】許龍山, 吳玉蓉, 胡柏新, 陳鵬昇, 鄭雯穎 申請(qǐng)人:廈門理工學(xué)院