[发明专利]一种通过界面调控制备碳纳米管/铜复合材料的方法

说明书

本发明公开一种通过界面调控制备碳纳米管/铜复合材料的方法，属于金属基复合材料制备领域。本发明以CNTs、Ti粉以及Cu粉为原料，采用高能球磨，无压放电等离子烧结（SPS）工艺等制备出碳纳米管包覆碳化钛镀层增强铜基复合材料。本发明所述方法通过在CNTs表面包覆界面相镀层，降低与Cu粉的密度差并在不破坏CNTs结构的前提下使得增强体在Cu基体中分散更加均匀；同时由于界面相镀层的存在降低了CNTs与Cu之间的润湿角，从而改善增强体与Cu基体间的界面结合；此外，通过调节生成TiC镀层的Ti粉与CNTs含量可控制生成TiC镀层的含量及形貌，从而制备力学性能优异的复合材料。

技术领域

本发明涉及一种通过界面调控制备碳纳米管/铜复合材料的方法，属于金属基复合材料制备领域。

背景技术

碳纳米管（CNTs）由于其优异的力学、电学和热学性能而被视为复合材料领域理想的增强体之一。铜基复合材料由于其良好的导电、导热以及耐腐蚀性而广泛应用于电子器件，集成电路散热板，汽车转子等领域。在碳纳米管增强铜基复合材料的研究中，如何发挥CNTs与Cu各自的优点，制备出力学、电学性能优良的复合材料引起了海内外学者广泛的研究。

在CNTs/Cu基复合材料中，CNTs由于其自身范德华力的存在极易团聚，从而造成在Cu基体中的分散不均匀，以及CNTs与Cu基体界面之间润湿性差，导致了在拉伸实验中复合材料的过早失效，不能充分发挥CNTs优良的性能，如何改善上述问题成为获得性能优良的CNTs/Cu复合材料的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过界面调控制备高强高韧碳纳米管/铜复合材料的方法，制备方法主要为：在不破坏CNTs完整结构的前提下在CNTs表面包覆界面相镀层，降低与Cu的密度比，从而提高增强体在Cu基体中的分散性，同时改善增强体与Cu基体间的界面结合，提高复合材料的力学性能；具体步骤如下：

（1）将酸化的CNTs和Ti粉分别加入到酒精中进行超声处理，获得分散均匀的CNTs与Ti粉溶液，其中，CNTs与Ti粉质量比为1:4。

（2）将步骤（1）中制备的溶液放入球磨罐中进行初次球磨，待球磨结束，额外加入经过超声分散的CNTs，继续第二次球磨，待球磨结束后抽滤、干燥并研磨得到CNTs-Ti-CNTs复合粉末。

（3）将步骤（2）中所获得的CNTs-Ti-CNTs复合粉末经过无压SPS烧结获得TiC@CNTs复合粉体。

（4）将步骤（3）中所制得的TiC@CNTs超声分散在酒精中，与Cu粉混合球磨，球磨后得到TiC@CNTs/Cu复合粉体。

（5）将步骤（4）中所制得的TiC@CNTs/Cu复合粉末经SPS烧结，得到TiC@CNTs/Cu复合块体材料。

优选的，本发明步骤（1）中超声处理时间为0.5~1.5 h；

优选的，本发明步骤步骤（2）中初次球磨时间为20~24h，第二次球磨时间为0.5~3h。

优选的，本发明步骤（2）中额外添加CNTs质量与CNTs与Ti粉质质量之和的比例为1:8~4:1。

优选的，本发明步骤（3）所述无压SPS烧结工艺为：升温速率为100~200℃/min，烧结温度为900~1300℃，保温时间为5~30min。

优选的，本发明步骤（4）所述TiC@CNTs/Cu复合材料中Cu粉的体积分数为97.5vol%~99.5vol%，中TiC@CNTs/Cu复合材料中TiC@CNTs体积分数为0.5~2.5 vol%。

优选的，本发明步骤（5）中SPS烧结工艺为：升温速率为100~200℃/min，温度为600~900℃，保温时间为5~20 min。

本发明的有益效果：