[发明专利]一种铜合金碳纳米管复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及铜基纳米复合材料技术领域，具体涉及一种铜合金碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。所述铜合金碳纳米管复合粉体上的碳纳米管分布于复合粉体表面，所述复合粉体由铜合金粉化学气相沉积制备得到，所述铜合金粉中至少包含铝、铬、铁、锰、铼元素中的至少一种；所述铝、铬、铁、锰、铼元素中的一种或多种成分的总含量按重量百分比计为0.05%～1%。提供的一种新型铜合金碳纳米管复合材料的制备方法，能够实现碳纳米管在复合材料中的均匀分散且与复合材料的结合紧密，提高了复合材料的性能，大大简化了流程，降低了成本，且利于工业化批量生产。

技术领域

本发明涉及铜基纳米复合材料技术领域，具体涉及一种铜合金碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

铜及铜合金是一类量大面广的基础材料，在航天、航空、电子、电器等行业有着极其广泛的应用。随着科技的发展，特别是5G、AR、VR、元宇宙行业的发展，涉及到的硬件电子产品对高性能或特殊性能的铜材料有了新的要求，而传统的铜及铜合金材料很难满足当代产业的高要求，迫切需要开发综合性能更加优异的铜材料。向铜基体中添加合适的纳米颗粒、纳米纤维等增强相，可制备出兼具增强相和铜基体优良特性的高性能铜基复合材料。

传统的铜基复合材料的制备往往采用机械球磨法，即将铜粉和增强相粉末经球磨机混合研磨再烧结得到。但这种方法存在制备周期长，工艺复杂，能耗高，成本高，同时对增强相结构造成破坏影响性能等问题。 另一种方法是原位复合法，即通过一定的化学反应在铜粉表面直接原位生成增强相在进行烧结，这种方法省去了基体和增强相的混合步骤，也避免了机械球磨对增强相的破坏。

碳纳米管(CNTs)是有独特一维结构的纳米材料，具有优异的力学、电学和热性能，是能够提高铜材料综合性能的理想增强相。但在铜粉表面原位制备碳纳米管需要催化剂。虽然过渡族元素Fe、Ni、Co颗粒可以作为制备碳纳米管的催化剂，但把这些颗粒均匀分散到铜粉上很困难，另外，高温制备碳纳米管时，这些催化剂元素会固溶到铜基体中，从而降低甚至失去催化活性，这增加原位合成法制备复合材料的难度。

因此，开发一种简单易操作易实现工业化的制备铜基碳纳米管复合粉末的方法，是制备高性能铜基复合材料的重要任务。

发明内容

为了解决以上不足，本发明提供了一种铜合金碳纳米管复合材料及其制备方法和应用。

本发明的具体技术方案如下：

本发明的第一方面提供了一种铜合金碳纳米管复合粉末，所述碳纳米管分布于复合粉体表面，所述复合粉体由铜合金粉化学气相沉积制备得到，所述铜合金粉中至少包含铝、铬、铁、锰、铼元素中的至少一种；所述铝、铬、铁、锰、铼元素中的一种或多种成分的总含量按重量百分比计为0.05%～1%；

优选的，所述碳纳米管为多壁碳纳米管，所述多壁碳纳米管的平均直径为10～35nm。

本发明的第二方面提供了一种上述所述的铜合金碳纳米管复合材料的制备方法，包括：

步骤S1、按照一定比例分别称取铜合金粉和氧化亚铜粉，混合均匀后装入密封容器，升温至300℃～900℃并保温30～120min；

步骤S2、待步骤S1保温时间到，密封容器冷却至室温，将混合粉末取出装入化学气相反应炉，而后通入氢气，并升温至200～600℃保温30～90min；

步骤S3、待步骤S2保温时间到，保持氢气的通入，将加热温度调整为700～900℃，然后再通入碳源并保持5～60min；

步骤S4、停止碳源通入，并停止加热，保持氢气的通入，待反应炉冷却至室温即得所述铜合金碳纳米管复合粉体。

优选的，所述步骤S1中铜合金粉和氧化亚铜粉的重量比为（50～200）:1。

优选的， 步骤S3中所述碳源包括乙烯、乙炔、甲烷中的至少一种。

优选的， S3中通入的氢气与碳源的流量比为（20～80）:1。