[發(fā)明專(zhuān)利]一種碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711473777.X
• 申請(qǐng)日: 2017-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108118174B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張福勤;武世文;趙煒康;夏莉紅;朱學(xué)宏
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C22C1/10
• 分類(lèi)號(hào): C22C1/10;C22C9/00;C22C26/00
• 代理公司: 43114 長(zhǎng)沙市融智專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 魏娟

本發(fā)明公開(kāi)了一種碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，通過(guò)將MWCNTs均勻添加到銅箔之間，經(jīng)SPS燒結(jié)、冷軋工藝，獲得層狀MWCNTs/Cu復(fù)合材料薄帶，本發(fā)明所得MWCNTs/Cu復(fù)合材料材料的相對(duì)密度為94.3～98.6％。相較于傳統(tǒng)粉末SPS燒結(jié)MWCNTs/Cu復(fù)合材料，電阻率降低了10％～16％，屈服強(qiáng)度相當(dāng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，屬于復(fù)合材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)銅及其合金材料的強(qiáng)度、硬度、耐磨性及熱穩(wěn)定性等越來(lái)越難以滿(mǎn)足許多領(lǐng)域?qū)︺~材料的性能需求，從而促進(jìn)了銅基復(fù)合材料的發(fā)展。作為典型的一維納米材料，CNTs具有超高的長(zhǎng)徑比和超強(qiáng)的力學(xué)性能以及高電導(dǎo)率、高熱導(dǎo)率和低熱膨脹系數(shù)等特性，被認(rèn)為是制備高性能復(fù)合材料的理想增強(qiáng)相。一般采用粉末冶金方法，將CNTs添加至金屬基體中，用以提高金屬的物理性能。但由于CNTs的團(tuán)聚性以及與Cu的不潤(rùn)濕性，傳統(tǒng)粉末冶金燒結(jié)制備的CNTs/Cu復(fù)合材料往往存在CNTs分布不均勻，導(dǎo)電性能，力學(xué)性能不理想等問(wèn)題。

SPS燒結(jié)過(guò)程較傳統(tǒng)粉末冶金法具有燒結(jié)快速、能耗低的特點(diǎn)，較快的燒結(jié)速度可減少燒結(jié)過(guò)程中CNTs的團(tuán)聚現(xiàn)象，然而由于SPS燒結(jié)本身具有局限性，因而其通常僅用于粉末燒結(jié)，但是采用粉末粉金法制備CNTs增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的過(guò)程中，需要進(jìn)行球磨混料，而球磨過(guò)程中往往會(huì)導(dǎo)致CNTs被切斷，降低其長(zhǎng)徑比，另外CNTs與銅粉密度差別大，尺寸差別大，通過(guò)球磨等方法難以保證CNTs與銅粉混合的均勻程度，且球磨參數(shù)設(shè)置不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致銅粉之間冷焊而不利于燒結(jié)，所以即使采用SPS，最終也難獲得致密的復(fù)合材料，同時(shí)也無(wú)法完全避免CNTs團(tuán)聚，這兩者都會(huì)影響復(fù)合材料的最終性能，尤其是嚴(yán)重影響復(fù)合材料的電導(dǎo)性能。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種以銅箔作為基體，結(jié)合SPS燒結(jié)和冷軋工藝，促M(fèi)WCNTs均勻分散于銅基體中的碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明一種碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將含多壁碳納米管(MWCNTs)的懸濁液噴涂在銅箔上，烘干，獲得表面含MWCNTs的銅箔A，控制MWCNTs在銅箔A中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2～1.0％；

(2)將銅箔A層疊層組裝，置于放電等離子燒結(jié)(SPS)爐內(nèi)于真空氣氛下燒結(jié)成型，控制燒結(jié)溫度為800～900℃、燒結(jié)壓力為20～25Mpa、保溫時(shí)間為5～10min，燒結(jié)完成后冷卻，獲得MWCNTs/Cu復(fù)合材料預(yù)制件；

(3)將MWCNTs/Cu復(fù)合材料預(yù)制件進(jìn)行多道次冷軋和退火處理，即得碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，所述道次壓下量＜50％、總壓下量＞90％、道次間退火工藝為500～600℃×10min。

本發(fā)明一種碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，步驟(1)中，所述的MWCNTs長(zhǎng)度為10～30μm、管徑為＜8nm。

本發(fā)明一種碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，步驟(1)中，所述MWCNTs先經(jīng)純化處理，其純化過(guò)程為：置于7.0M的濃硝酸中，在120℃下攪拌加熱回流4～5h，稀釋、抽濾、干燥后即獲得純化的MWCNTs。

本發(fā)明一種碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，步驟(1)中，所述懸浮液的形成過(guò)程為將MWCNTs置于無(wú)水乙醇中，在超聲波輔助下處理，超聲時(shí)間為2h。

本發(fā)明一種碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，步驟(1)中，所述銅箔的厚度為50μm，直徑為40mm的，所述銅箔的原料為紫銅。

本發(fā)明一種碳納米管增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，步驟(1)中，控制MWCNTs在銅箔A中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2～0.8％。