[发明专利]一种磁浮列车用纳米碳增强铜基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米碳增强铜基复合材料，其特征在于：经过表面改性的碳纳米管0.1~5%、经过表面改性的石墨烯0.1~5%、石墨粉末2~10%、铬粉末1~4%、铅粉末1~8%、锡粉末2~10%、锆粉末0.1~1%、镧粉末0.01~0.5%、余量为铜粉末；其中经过表面改性的碳纳米管是将碳纳米管采用没食子酸水溶液改性得到的碳纳米管，经过表面改性的石墨烯是将石墨烯采用芦丁水溶液改性得到的石墨烯。本发明铜基复合材料杂质含量低，且保持添加增强相成分结构完整，多种添加成分能够发挥共增强作用，显著提高了铜基复合材料的强度、硬度和载流摩擦磨损性能。另外，本发明还公开了一种上述铜基复合材料制备方法，该方法工艺简单，易于生产，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种铜基复合材料，特别涉及一种纳米碳增强铜基复合材料及其制备方法，属于复合材料的制备技术领域。

背景技术

自碳纳米管和石墨烯分别被发现以来，便受到广大学者的研究，碳纳米管由于其独特的结构而具有优异的光学、热学、电学和力学等性能，具有极高的机械强度和理想的弹性，低的热膨胀系数，尺寸小等优良的特性；石墨烯具有高的强度，大的比表面积和较好的延伸率。碳纳米管和石墨烯都是作为复合材料增强相的理想材料。

碳纳米管和石墨烯被广泛地作为复合材料的增强相，并且在聚合物基复合材料方面取得了快速的发展。在金属基复合材料中，铜基复合材料以其优异的导电、导热等性能而被广泛作为电子材料、滑块材料、触头材料、热交换材料等。因此，纳米碳在增强铜基复合材料方面备受关注。

但是，碳纳米管和石墨烯应用在增强金属基复合材料中还存在许多困难。一方面，由于碳纳米管和石墨烯都是纳米材料，具有极大的比表面积和比表面能，存在很大的范德华力，很容易团聚缠结，在金属基体中难以均匀分散。另一方面，碳纳米管和石墨烯的表面活性比较低，与金属基体的润湿性差，因此碳纳米管和石墨烯与金属基体之间的界面结合强度差。这些因素严重影响了金属基复合材料的力学、电学、摩擦磨损等性能。

为了解决上述问题，化学镀和分子水平混合法等制备方法被提出并得到大量研究，但这些方法工艺复杂，能耗大，并且在前期处理过程对碳纳米管和石墨烯的结构有一定的破坏作用，将会削弱其增强效果。

碳纳米管和石墨烯都是理想的增强材料，但一维的碳纳米管与二维的石墨烯的增强机理有有所不同，将两者混合作为增强相，可以将二者的优势结合，提高对铜基复合材料的增强效果。

中国专利申请201410354188.x公开了一种碳纳米管增强铜基复合材料及其制备方法，首先采用没食子酸水溶液对碳纳米管进行改性，然后与铜粉末、石墨粉末和Ti₃SiC₂粉末进行球磨，热压烧结得到该碳纳米管增强铜基复合材料。但是由于热压烧结时压力加载方向是单向的，导致铜基复合材料具有一定的各向异性，在不同方向上性能存在差异。

中国专利申请201510537320.5公开了一种制备石墨烯增强铜基复合材料的方法，首先制备氧化石墨烯，表面改性，然后制备氧化石墨烯-铜复合粉末，最后热压烧结得到所述铜基复合材料。但是，由于热压烧结时压力加载方向是单向的，导致铜基复合材料具有一定的各向异性，而且单一石墨烯作为增强相对铜基复合材料的增强效果单一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的碳纳米管和石墨烯应用于复合材料中，难以与基体材料充分配合完全发挥其增强功效的问题，提供一种纳米碳增强铜基复合材料。

本发明增强铜基复合材料充分发挥各种原料成分的增强作用，提高了复合材料强度和载流摩擦磨损，使得铜基复合材料实现更好的综合性能，进而满足不同应用条件的需求。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种纳米碳增强铜基复合材料，包括重量百分比的如下成分制成：