[發明專利]一種納米碳增強Mo-Cu-Zr復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202010159303.3
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111270171B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 蔣小松;呂星星;孫大明;楊劉;高奇;孫紅亮;舒銳
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: C22C47/14
• 分類號: C22C47/14;C22C49/10;C22C49/14;C22C1/05;C22C1/10;C22C27/04;B22F3/04;B22F3/105;B22F9/04;C01B32/168;C01B32/194;C22C101/10
• 代理公司: 北京市領專知識產權代理有限公司 11590
• 代理人: 張玲

本發明公開了一種納米碳增強Mo?Cu?Zr復合材料及其制備方法，經過表面改性的碳納米管0?1.5％、經過表面改性的石墨烯0?1.5％，其余為鉬銅鋯粉；其中經過表面改性的碳納米管是將碳納米管采用沒食子酸水溶液改性得到的碳納米管，經過表面改性的石墨烯是將石墨烯采用蘆丁水溶液改性得到的石墨烯；本發明Mo?Cu?Zr復合材料雜質含量低，且保持添加增強相成分結構完整，能夠發揮增強作用，顯著提高了Mo?Cu?Zr復合材料的強度、硬度性能；另外，本發明還公開了一種上述納米碳增強Mo?Cu?Zr復合材料制備方法，該方法工藝簡單，易于生產，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明涉及復合材料技術領域，尤其涉及一種納米碳增強Mo-Cu-Zr復合材料及其制備方法。

背景技術

鉬(Mo)和銅(Cu)兩種金屬既不相互反應也不互溶，一般只能形成假合金。假合金同時兼具了Mo和Cu兩種金屬材料的特性，取長補短，優勢互補，具有良好的綜合性能。主要表現為優良的導電導熱性能、

較低且可調的熱膨脹系數、高硬度以及高強度等優點。自科學家開始對Mo-Cu復合材料研究以來，Mo-Cu復合材料被廣泛的應用于電極、電觸頭材料，電子封裝材料和高溫結構材料等方面。我國擁有非常豐富的鉬礦資源，這為我國大力發展金屬Mo及其合金制品提供了有利環境。但是由于Mo與Cu熔點相差很大，且互不相溶，即使在熔融狀態下也難以互溶，采用傳統熔煉法，粉末冶金液相燒結或熔滲都難以獲得完全致密的Mo-Cu復合材料，并且所制得的材料常存在微觀組織不均勻等問題，因而無法充分發揮Mo-Cu復合材料的潛力，限制了其應用。因此探索制備Mo-Cu復合材料的新工藝新技術不僅具有積極的現實意義，而且有著良好的發展前景。

目前對于Mo-Cu復合材料的研究主要集中在超細粉體的制備上，并在粉體的制備工藝上取得了一定的成果，設計了氧化物共還原法、機械合金化法、機械熱化學法等。但是這些制備方法仍存在一些不足，氧化物共還原法在原料混合的均勻度上稍差，而機械合金化法和機械熱化學法在機械混合過程中常將雜質引入粉末中，從而降低Mo-Cu復合材料的實際應用價值。近年來，由于在Mo-Cu復合粉體中加入過渡金屬活化劑大大降低了制備過程中燒結溫度和能耗，受到了人們重視，被廣泛應用于多種Mo-Cu復合材料的合成制備。國內外學者普遍認為在強化燒結過程中，少量活化劑由于沉析在基體顆粒表面形成易于基體原子擴散的第二相,從而加速了燒結過程的進行，能夠促進Mo相燒結過程的進行和提高材料的致密度。Zr元素能同時與Mo和Cu形成固溶體和金屬間化合物，作為活化劑加入到Mo-Cu復合材料中，理論上可以改善Mo和Cu之間的界面結合情況，形成更加緊密的結合界面，有望提高材料的致密程度，獲得性能更好的Mo-Cu復合材料。

另一方面，自碳納米管和石墨烯分別被發現以來，便受到廣大學者的研究，碳納米管由于其獨特的結構而具有優異的光學、熱學、電學和力學等性能，具有極高的機械強度和理想的彈性，低的熱膨脹系數，尺寸小等優良的特性；石墨烯具有高的強度，大的比表面積和較好的延伸率。碳納米管和石墨烯都是作為復合材料增強相的理想材料。碳納米管和石墨烯被廣泛地作為復合材料的增強相，并且在聚合物基復合材料方面取得了快速的發展。石墨烯(Graphene)和碳納米管(CNTs)等納米碳材料具有非常優異的導電、導熱性能和很高的強度，被廣泛的應用于復合材料的研究與應用。

但是，碳納米管和石墨烯應用在增強金屬基復合材料中還存在許多困難。一方面，由于碳納米管和石墨烯都是納米材料，具有極大的比表面積和比表面能，存在很大的范德華力，很容易團聚纏結，在金屬基體中難以均勻分散。另一方面，碳納米管和石墨烯的表面活性比較低，與金屬基體的潤濕性差，因此碳納米管和石墨烯與金屬基體之間的界面結合強度差。這些因素嚴重影響了金屬基復合材料的力學、電學、摩擦磨損等性能。

為了解決上述問題，化學鍍和分子水平混合法等制備方法被提出并得到大量研究，但這些方法工藝復雜，能耗大，并且在前期處理過程對碳納米管和石墨烯的結構有一定的破壞作用，將會削弱其增強效果。

發明內容