[發明專利]碳納米管金屬基復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201010148878.1
• 申請日: 2010-04-17
• 公開（公告）號: CN101818280A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 李志強;許勇;江林;張荻
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/05;B22F3/02;C01B31/02
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種復合材料技術領域的制備方法，特別涉及的是一種碳納米管金屬基復 合材料的制備方法。

背景技術

碳納米管增強金屬基復合材料因兼有金屬和碳納米管的特點而具有獨特的物理和化學性 能，在航空航天器、精密機械、醫療器件等領域有廣闊的應用前景，近年來得到越來越多的材 料學家的重視。然而碳納米管之間由于較強的范德華力而形成團聚或纏繞，加上碳納米管與金 屬之間表面性質差異顯著，導致碳納米管很難在金屬基體中均勻分散，正是這個原因，粉末冶 金、攪拌鑄造、熔體浸滲等傳統工藝制備的碳納米管金屬基復合材料，其性能遠未達到預期的 效果。而另一方面，隨著碳納米管表面機械改性、化學改性、機械力化學改性技術的日趨成熟， 加之以表面活性劑及超聲分散的輔助，目前人們能夠制備碳納米管均勻分散、且具有持久穩定 性的碳納米管水溶液或乙醇溶液。為此，近年來很多研究試圖通過將金屬粉末加入到碳納米管 溶液中，采用超聲分散、機械或磁力攪拌等方法使碳納米管均勻分散到金屬粉末的表面。然而 所得結果都不理想，原因在于金屬粉末的表面性質與碳納米管和溶劑差異很大、親和力差，加 入到碳納米管溶液中的金屬粉末不但難于實現均勻分散，而且還傾向于破壞碳納米管溶液中原 有的平衡而使碳納米管重新團聚。

對現有技術的文獻檢索發現，日本專利(JP2007077457-A)“金屬基カ一ボンナノチュ一 ブ複合材料及びその製造方法”(金屬基碳納米管復合材料及其制備方法)采用聚乙烯醇作為 分散劑制備碳納米管水溶液，采用水或乙醇作為溶劑制備金屬粉末料漿，然后將二者混合進行 攪拌及超聲分散，干燥得到碳納米管與金屬粉末的復合壓坯，再經熱壓處理得到致密的復合材 料。該方法的局限性在于，采用聚乙烯醇作為分散劑雖然有助于碳納米管在水溶液中的均勻分 散，但無法消除碳納米管與金屬粉末表面之間的性質差異，碳納米管與金屬表面之間的親和力 差，在料漿共混及干燥過程中碳納米管傾向于彼此團聚，導致在所得的復合材料中碳納米管分 散并不均勻。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種碳納米管金屬基復合材料的制備方法。 本發明利用聚合物對金屬粉末進行表面改性，使其表面能夠從碳納米管溶液中吸附碳納米管， 從而得到碳納米管均勻分散復合粉末，然后再采用粉末冶金工藝制備碳納米管金屬基復合材料 的方法。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明先將金屬粉末加入到聚合物溶液中進行表面包覆，然后將聚合物包覆金屬粉末加入 到碳納米管溶液中，使聚合物包覆金屬粉末表面從碳納米管溶液中均勻吸附碳納米管，得到均 勻分散的碳納米管金屬復合粉末，然后再采用粉末冶金工藝，將所得復合粉末制成密實的碳納 米管金屬基復合材料。本發明對碳納米管破壞性小，可保持其優異特性，并可在0.1％10％的 范圍內調控復合材料中碳納米管的質量百分比。此外，本發明環境友好，具有規模化應用潛力。

本發明包括以下步驟：

(1)將所述碳納米管加入到水或有機溶劑中，制備碳納米管溶液；

(2)將所述聚合物加入到水或有機溶劑中，制備聚合物溶液；

(3)表面包覆聚合物：將所述的金屬粉末加入到所述的聚合物溶液中，即得到金屬粉末 和聚合物溶液料漿，持續攪拌至金屬粉末表面形成聚合物薄膜，然后進行洗滌過濾，即得到所 述的聚合物包覆金屬粉末；

(4)表面吸附碳納米管：將所述的聚合物包覆金屬粉末加入到碳納米管溶液中，即得到 金屬粉末和碳納米管溶液料漿，持續攪拌直至碳納米管被吸附于聚合物包覆金屬粉末的表面， 然后進行洗滌過濾、干燥處理和熱解處理，即得到均勻分散的碳納米管金屬復合粉末。

(5)采用粉末冶金工藝，將所得碳納米管金屬復合粉末制成密實的碳納米管金屬基復合 材料。

所述的金屬粉末為鋁、銅、鎂、鈦及其合金粉末中的一至多種。

所述的碳納米管經過表面改性處理，為單壁碳納米管、雙壁碳納米管或者多壁碳納米管。

所述的有機溶劑為甲醇或乙醇。

所述的碳納米管溶液中，加入表面活性劑、消泡劑等輔助成分；所述的表面活性劑選自十 二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸酸鈉、十六烷基三甲基溴化銨、曲拉通、殼聚糖、β-環式糊 精、戊二醛或膽汁鹽；所述的消泡劑可選自辛醇、磷酸三丁酯、聚二甲基硅氧烷或者聚醚等。