[发明专利]一种裂解碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种裂解碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，将碳纳米管分散在浓硫酸中，然后加入浓磷酸和高锰酸钾进行磁力搅拌，加热保温后冷却至室温，随后在冰浴条件下加入含有双氧水的去离子水，清洗后获得裂解碳纳米管，将制得的裂解碳纳米管和乙酸铜在溶液中制备成前驱体，并在磁力搅拌下滴入葡萄糖和水合肼，抽滤、干燥并退火处理后获得复合粉末，通过SPS烧结将复合粉末制备成块体材料，再通过热挤压和退火处理得到裂解碳纳米管增强铜基复合材料；本发明通过将碳纳米管进行氧化裂解处理，获得长宽比可调控的裂解碳纳米管，提高复合材料强度的同时能兼顾材料的塑性，使复合材料获得良好的综合力学性能。

技术领域

本发明涉及一种裂解碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，属于复合材料制备技术领域。

背景技术

由于具有独特的物理和化学性质，碳纳米管（CNTs）作为复合材料的增强体受到了研究者的广泛关注。但由于碳纳米管（CNTs）本身的纳米线形结构和表面的化学惰性，使碳纳米管（CNTs）非常容易团聚，尤其是作为增强体用于复合材料中，往往导致复合材料各个部分性能的不均一。在载荷转移过程中，只有存在缺陷的碳纳米管（CNTs）外层起到载荷传递的作用，内层几乎没有被利用。与碳纳米管（CNTs）相比，二维结构的氧化石墨烯（Graphene oxide, GO）具有更大的比表面积，使其与基体的接触面积大大增加，有利于提高载荷转移效率。但由于商业化的氧化石墨烯GO长宽比小，不足以提供足够的长度来最大限度的承受载荷转移，并且工业生产的氧化石墨烯GO表面存在大量褶皱，不利于复合材料综合性能的提升。较大的比表面积使得氧化石墨烯GO在制备复合材料时容易被破坏，降低了其增强效率。

目前制备碳纳米管（CNTs）增强铜基复合材料常用的工艺主要有粉末冶金法、喷涂法和化学沉积法等。用上述方法制备的复合材料中，增强体的强化效率与理论值相比还有很大差距，这是由于碳纳米管（CNTs）与金属基体的润湿性较差，使得碳纳米管（CNTs）很难在金属基体中分散均匀，从而很难与基体形成牢固的界面结合，导致强化效率较低，增强效果远低于理论预测。

发明内容

针对上述问题，本发明采用分子级共混的方法制备裂解碳纳米管（CNTs）增强铜基复合材料，有效的实现了增强体在基体中的均匀分散，同时保持了增强体的结构完整性，本发明采用氧化处理将碳纳米管进行裂解，并通过对工艺参数的调控，获得长宽比可控的裂解碳纳米管（CNTs），裂解CNTs为CNTs和GO的复合体，利用分子级共混的方法制备裂解CNTs/Cu复合材料，通过后续的烧结和挤压工艺，获得了增强体分布均匀、致密度高，具有良好综合力学性能的铜基复合材料。

本发明提供一种裂解碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）碳纳米管的裂解：

将碳纳米管加入浓硫酸中搅拌1-2小时，同时加入浓磷酸和高锰酸钾并搅拌得到悬浮液，随后将悬浮液放入水浴锅中加热至70-80℃保温2-5小时，冷却至室温后，在冰浴条件下倒入含有双氧水的去离子水，用盐酸和无水乙醇分别清洗沉淀物，真空抽滤并在70-80℃下干燥24小时，获得裂解CNTs；

（2）前驱体溶液的制备：

将步骤（1）制得的裂解CNTs和乙酸铜混合制备成前驱体，前驱体中裂解CNTs的体积分数为1-2%；

（3）烧结：

将步骤（2）制备好的前驱体在磁力搅拌下加入葡萄糖，并滴加水合肼至溶液出现棕褐色，得到悬浮液，将悬浮液进行真空抽滤，并在70-80℃下干燥24小时得到复合粉体，将复合粉体在惰性气氛下管式炉中进行退火处理得到裂解CNTs与铜的复合粉末，最后将退火后的复合粉末进行SPS烧结得到块体材料；

（4）热挤压处理：