[發明專利]碳納米管?金屬復合增強銅基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410204775.0
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN103981393B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 許龍山;吳玉蓉;胡柏新;陳鵬昇;鄭雯穎
• 申請（專利權）人: 廈門理工學院
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/10;C22C1/05
• 代理公司: 泉州市潭思專利代理事務所(普通合伙)35221
• 代理人: 麻艷

技術領域

本發明屬于復合材料及其制備的技術領域，特別涉及一種碳納米管-金屬復合增強銅基復合材料及其制備方法。?

背景技術

銅以其高導電性、高導熱性及良好的延展性等特性成為最實用的純金屬之一。但銅的硬度和屈服強度較低，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領域中的應用。從20世紀60年代開始就有研究者在銅基體中添加增強體來制備出較高強度和耐磨性的銅基復合材料，同時保持了銅基體的優良導電導熱性。目前，常見的增強體材料有：①氧化鋁纖維、碳纖維、硼纖維等纖維類增強體；②氧化物（Al₂O₃、BeO₂）晶須、非氧化物（SiC、N₄）晶須和金屬（如Cu、Fe、Ni、Cr等）晶須等晶須類增強體；③氧化物、碳化物、氮化物、硼化物，如Al₂O₃、ZrO₂、SiC、WC、TiC、AlN、Si₃N₄、TiB₂等）陶瓷類顆粒增強體；④石墨、金屬間化合物（FeAl、MoSi₂等顆粒）、金屬元素（W、Mo等）顆粒類增強體。?

要得到性能優良的銅基復合材料，必須保證增強體在銅基體中的均勻分布，并且在界面處保持良好的結合，制備銅基復合材料的方法有很多，常用的有粉末冶金法、機械合金化法、內氧法、原位自生成法、化學包裹法、無壓浸滲法、攪拌鑄造法等，不同的增強體材料選擇不同的制備方法來制備銅基復合材料。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種碳納米管-金屬復合增強銅基復合材料及其制備方法，可制造出增強體在銅基體中均勻分布，綜合性能優異的銅基復合材料。?

為解決上述技術問題，本發明的技術解決方案是：?

一種碳納米管-金屬復合增強銅基復合材料，所述金屬元素X為鐵（Fe）、鎢（W）、鈦（Ti）和鉬（Mo）中的一種或兩種組合或多種組合，其在銅基復合材料中所占質量百分比為0.1%~2%?。

所述碳納米管（CNTs）的平均直徑為40~60nm，平均長度5~15μm，其在銅基復合材料中所占質量百分比為0.1%~2%?。?

其中所述碳納米管-金屬元素在銅基復合材料中所占質量百分比為0.2%~4%。?

本發明的碳納米管-金屬復合增強銅基復合材料的制備方法主要的工藝流程是：溶膠制備→噴霧造粒→煅燒→還原→壓制成型→氣氛燒結→得到碳納米管-金屬復合增強銅基復合材料。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0.1~2wt%的金屬元素X、96~99.8wt%的銅（Cu）的比例添加到去離子水中配置成相應的混合溶液，所述的金屬元素X為鐵（Fe）、鎢（W）、鈦（Ti）和鉬（Mo）元素中的一種或兩種組合或多種組合；

（2）將0.1~2wt%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，獲得溶膠；

（3）將步驟（2）的溶膠在噴霧干燥機下進行噴霧造粒，獲得納米級別的混合粉末；

（4）將步驟（3）得到的混合粉末在無氧氣氛，500℃~700℃溫度下煅燒，煅燒時間為0.5~3小時得到黑色粉體；

（5）將煅燒后的黑色粉體在氫氣氣氛，300℃~600℃溫度下還原，還原時間為2~6小時，得到碳納米管-金屬元素和銅的復合粉末；

（6）將步驟（5）得到的復合粉末在100~300MPa壓力下進行等靜壓壓制，保壓時間為2~10分鐘；

（7）將步驟（6）獲得的壓坯在氫氣氣氛，800℃~1100℃溫度下燒結1~3小時，得到碳納米管-金屬復合增強銅基復合材料。

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。?

所述碳納米管（CNTs）的混酸純化處理過程為：CNTs經體積比H₂SO₄：HNO₃為1:3的混酸純化，再經洗滌、過濾、干燥處理。?

采用以上技術方案后，本發明的優點及有益效果在于：采用碳納米管-金屬復合增強銅基復合材料，可形成相應的碳化物，改善了增強體與銅基體的界面結合差導致增強體團聚的問題，能獲得綜合性能優異的銅基復合材料，同時，此制備方法工藝簡單、生產效率高，可用于工業化生產。?

具體實施方式