[发明专利]一种CNTs/Cu复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种CNTs/Cu复合材料及其制备方法。本发明首先制备具有催化活性的铜合金粉末，其次以具有催化活性的铜合金粉末为基体，用水辅助CVD法制备CNTs/Cu复合粉末，最后采用放电等离子烧结法(SPS)制备CNTs/Cu复合材料，烧结温度为900‑1100℃。本发明制得的复合材料导电性及强度等各项性能优异，可用于电器、电子领域，且制备方法简单、成本低、制备过程易于实施及控制。

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种CNTs在Cu中能均匀分布以及具有较强界面结合力的CNTs/Cu复合材料及其制备方法。

背景技术

随着时代的发展，传统材料的性能已不能满足人们的要求，因此，复合材料渐渐成为研究焦点。复合材料由连续的基体相和分散的强化相组成，这两相之间由相界面连接。复合材料的种类很多，但是金属基复合材料以其高导电导热性、高强度以及优良的耐磨性等优点而成为研究热点。

铜及铜合金由于其优良的导电导热性，被广泛用于电器、电子领域，但是因为其强度较弱，耐热性较差，使其在某些领域的应用受到了一定限制。目前一般的改善技术是添加氧化物颗粒或合金元素，此法虽改善了其力学性能，但却致使其导电到热性大幅下降。采用何种技术能够解决这一两难的问题，是我们研究的主要方向。

碳纳米管是中空结构且由石墨层构成的具有特殊结构的一维纳米材料，具有强度大、密度小、导电导热性能好、弹性模量大等优点。因此我们能够将具有良好综合性能的CNTs和具有独特性能的铜基进行复合，制造出组织性能优良的铜基复合材料，从而增加铜及铜合金的应用范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经济、各项性能优良的CNTs/Cu复合材料及其制备方法，这种方法所制得的材料具高导电、高导热、高强度以及高耐磨性的特点

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种Cu/CNTs复合材料的制备方法，该方法的具体步骤为：

(1)在高压釜中，将Cr(NO₃)₃·9H₂O和/或Ni(NO₃)₂·6H₂O溶解在氨水溶液中，然后加入电解铜粉，控制PH为7-8，通入氢气，在1-5MPa的压力、80-200℃下，反应1-4小时后，将所得沉淀物进行洗涤、过滤、烘干、研磨后，制得Cu合金固体粉末；

(2)在Cu合金固体粉末表面通过化学气相沉积工艺沉积碳纳米管薄层，制得CNTs/Cu复合粉末；

(3)将得到的CNTs/Cu复合粉末放入石墨模具中，把装有复合粉末的模具放入SPS烧结炉中，设置升温速率、烧结压力以及烧结温度，进行烧结制得微合金化Cu/CNTs复合材料。

优选情况下，合金固体粉末中非铜元素含量控制在质量百分比为0.2-0.7％，粒度在150-350目之间均匀分布。

优选情况下，所述化学气相沉积工艺是使得Cu合金固体粉末保持在静电场悬浮状态，在反应温度下，通入碳源气体并保持一定时间进行CNTs的沉积生长。

进一步地，所述碳源气体为H₂/C₂H₄的混合气体与水蒸气，通入的H₂流量为2300-2500ml/min，C₂H₄流量为100-200ml/min，水蒸气流量为1200-1500ml/min，生长温度为750-850℃，生长时间为30-90min。

具体情况下，所述的SPS烧结升温速率为70-80℃/min，烧结温度为900-1100℃，烧结压力为40-50MPa，烧结时间为10-15min。