[發明專利]一種CNTs和CNFs協同增強銅基復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 201610886369.6
• 申請日: 2016-10-11
• 公開（公告）號: CN106636992B
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 蔣小松;張歸航;蔣佳芯;付學敏;邵甄胰;朱德貴;朱旻昊
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C22C49/02
• 分類號: C22C49/02;C22C49/14;C22C47/14;C22C101/10
• 代理公司: 四川力久律師事務所 51221
• 代理人: 王蕓;陳明龍

本發明公開了一種CNTs和CNFs協同增強銅基復合材料，按重量百分比包括如下組分：經表面改性的CNFs和經表面改性的CNTs的質量分數之和為0.1?5%，石墨的含量為0.5?8%，Ti₃SiC₂含量為6?15%，La元素的含量為0.01?0.5%，余量為銅；所述經表面改性的CNTs是采用沒食子酸水溶液改性得到的；所述經表面改性的CNFs是采用蘆丁水溶液改性得到的。本發明的銅基復合材料中，CNTs和CNFs分散性較好，雜質含量低，且保持了完整的表面形貌，與石墨粉末、Ti₃SiC₂粉末、La以及銅基體發揮共增強作用，顯著提高了銅基復合材料的力學及耐摩擦磨損性能，同時還具有優異的強度和耐沖擊性。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，涉及一種銅基復合材料，特別涉及一種CNTs和CNFs協同增強銅基復合材料及其制備方法。

背景技術

CNTs（Carbon NanoTubes，碳納米管）是由單層或多層石墨片層卷曲而成的呈無縫中空管狀結構的一維材料，具有優異的力學、電學和熱學等性能。石墨烯也稱為碳納米片CNFs ( Carbon Nanoflakes)，石墨烯的碳原子排列與石墨的單原子層相同，是碳原子以sp2雜化軌道呈蜂巢晶格（honeycomb crystal lattice）排列構成的單層二維晶體。CNTs和CNFs優異的性能使其成為理想增強材料。

近年來，CNTs和CNFs在聚合物和陶瓷復合材料中有很快的發展，但是在金屬基復合材料中存在許多問題。這其中的主要問題在于CNTs和CNFs為納米材料，都具有很大的比表面積和比表面能，存在很大的范德華力，容易聚集堆積，很難在金屬基體中均勻分散；另一方面，CNTs和CNFs與金屬材料之間具有較大的性能差異，與金屬基體的浸潤性差，很難形成牢固的界面結合。這些因素會嚴重影響金屬基復合材料的密度，及其力學、電學、摩擦磨損等性能，尤其是摩擦磨損性能。在金屬復合材料領域中，銅基復合材料被廣泛用作電子元件材料、滑動材料、觸頭材料、熱交換材料等。因此，CNTs和CNFs在增強銅基復合材料方面最受關注。

發明內容

本發明的目的在于提供一種CNTs和CNFs協同增強銅基復合材料。

該銅基復合材料由經表面改性的CNTs和CNFs、石墨粉末、Ti₃SiC₂粉末、La粉和銅粉末組成；其中經表面改性的CNTs和CNFs分別是由沒食子酸水溶液和蘆丁溶液改性制成的，分散性好，雜質含量低，且保持了完整的比表面。該銅基復合材料中各組分的性能產生共增強的作用，顯著提高了銅基復合材料的耐摩擦磨損性能以及強度和抗沖擊性，降低了銅基復合材料的密度。

為了實現上述發明目的，本發明具體的提供了以下技術方案：

一種CNTs和CNFs協同增強銅基復合材料，按重量百分比包括如下組分：經表面改性的CNFs和經表面改性的CNTs的質量分數之和為0.1-5%，石墨的含量為0.5-8%，Ti₃SiC₂含量為6-15%，La元素的含量為0.01-0.5%，余量為銅。

所述經表面改性的CNTs是采用沒食子酸水溶液改性CNTs得到的。碳納米管經過沒食子酸改性后和金屬基體的親和性更佳，能夠實現對于復合材料中的穩定結合以及性能增強改善。

所述經表面改性的CNFs是采用蘆丁水溶液改性CNFs得到的。CNFs采用蘆丁改性，可以很好的解決CNFs在銅基體中的親和力，防止CNFs團聚，實現均勻分散，達到增強復合材料性能的目的。

沒食子酸，又稱倍酸、五倍子酸，其化學名為3,4,5-三羥基苯甲酸，化學式為C₆H₂(OH)₃COOH，化學結構式如式Ⅰ所示，屬于多酚類物質，亦屬于有機酸。