[發明專利]原位自生Cu2

有效

• 申請號: 201910669172.0
• 申請日: 2019-07-24
• 公開（公告）號: CN110343891B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 張洪梅;劉亮;李云凱;程興旺;范群波;張朝暉;穆嘯楠
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C9/00;B22F3/105
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 周蜜;仇蕾安

本發明涉及一種原位自生Cu₂O顆粒誘導準連續網狀結構CNTs/Cu基復合材料的制備方法，屬于納米復合材料技術領域。本發明所述方法是將酸化的CNTs通過靜電力吸附在銅基粉體表面，然后在Cl^?的腐蝕作用下使銅基粉體表面原位生成Cu₂O顆粒，并實現Cu₂O顆粒與CNTs的緊密嵌套，再通過H₂還原以及燒結得到準連續網狀CNTs/Cu基復合材料，利用CNTs“富集區”的強化作用和CNTs“貧化區”的韌化作用使準連續網狀結構的CNTs/Cu基復合材料在提高強度的同時能維持較好的塑性。本發明所述方法操作簡單，實驗流程短，可重復性高，具有較高的實驗效率，并且有望實現小規模的工程化應用。

技術領域

本發明涉及一種利用原位自生Cu₂O顆粒誘導制備準連續網狀結構的 CNTs/Cu基復合材料的方法，屬于納米復合材料技術領域。

背景技術

粉末冶金技術制備非連續增強金屬基復合材料(DRMMCs)，追求增強體在基體中完全均勻分散以提高材料的抗拉強度，但是這類復合材料的共性缺陷是塑性顯著下降。歸其原因是增強體高度均勻分散使基體缺乏有效塑性變形承載區，導致增強體阻礙基體在塑性變形過程中的滑移行為。近年來，增強體非均勻分布對復合材料力學性能的影響開始受到研究者的關注。例如，黃陸軍等利用原位自生法制備了TiB_w呈三維網狀結構分布的TiB_w/Ti復合材料。同高能球磨法制備均勻分散的TiB_w/Ti復合材料相比，TiB_w非均勻分布的復合材料實現了增強增韌的力學性能。

碳納米管(Carbon nanotubes,CNTs)作為一種理想的增強材料，已被證明能夠有效增強純銅(Cu)的抗拉強度，但是普遍存在復合材料塑性顯著下降的缺陷。因此，優化設計CNTs在基體中的分布狀態，有效開發并利用CNTs的增強效率是CNTs/Cu復合材料的研究重點。Kosynkin等借鑒三維網狀TiB_w/Ti復合材料的思路加以改善CNTs/Cu的塑性，將CNTs和大粒徑球形Cu粉機械混合制備了增強體非均勻分布的CNTs/Cu。由于C-Cu之間不發生原位反應，無法像 B和Ti反應生成TiB_w嵌入相鄰Ti基體內部，反而Cu顆粒表面附著的CNTs阻礙了基體之間的冶金結合，導致復合材料的強度和塑性均發生下降。因此，優化CNTs在基體中的分布狀態，使復合材料提高強度的同時保留較好的塑性，仍然是CNTs/Cu復合材料研究制備的難題。

發明內容

為了獲得強度和塑形良好匹配的CNTs/Cu復合材料，本發明提出一種原位自生Cu₂O顆粒誘導準連續網狀CNTs/Cu基復合材料的制備方法，該方法是基于銅基粉體表面原位生長Cu₂O顆粒嵌套CNTs，并在Cu₂O還原后形成CNTs“富集區”與銅基粉體外層緊密結合，CNTs“富集區”的強化作用和CNTs“貧化區”的韌化作用使準連續網狀結構的CNTs/Cu基復合材料具有優異的力學性能。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的。

一種原位自生Cu₂O顆粒誘導準連續網狀CNTs/Cu基復合材料的制備方法，所述方法步驟如下：

(1)CNTs的酸化

配制體積比為1:2～1:5的濃硝酸(質量分數62％～65％)/濃硫酸(質量分數 94％～98％)的混合酸液；先將CNTs浸泡到混合酸液中，再洗滌、干燥，得到酸化的CNTs；

其中，CNTs在混合酸液中的體積分數優選為5％～20％；CNTs在50℃～70℃的混合酸液中浸泡4h～10h；所述CNTs為單壁CNTs、雙壁CNTs和多壁CNTs 中的至少一種；

(2)CNTs靜電吸附在銅基粉體表面