本发明专利技术涉及一种碳纳米管增强铜基复合线材及其制备方法，属于金属基纳米复合材料领域。该制备方法首先通过碳纳米管预处理及化学镀对碳纳米管进行表面修饰，并增加碳纳米管与铜基体的界面润湿性；将碳纳米管和铜粉通过机械球磨制备得到碳纳米管/铜复合粉体；再对碳纳米管/铜复合粉体进行粉末装管和旋锻处理，制备得到碳纳米管/铜预制线材；接着通过真空环境的热处理两步烧结工艺，即熔点温度以下第一步烧结和熔点温度以上第二步烧结，制备得到碳纳米管/铜复合线材。本工艺结合碳纳米管和铜的优点，可制备连续均匀的碳纳米管增强铜基复合线材，克服了液相法中碳纳米管的悬浮问题以及拉拔对碳纳米管的结构损伤问题。制备的碳纳米管增强铜基复合线材导电性优良，机械性能得到大幅度提高，实现了碳纳米管增强铜基复合线材高强高导轻量化的趋势。线材高强高导轻量化的趋势。线材高强高导轻量化的趋势。
【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管增强铜基复合线材及其制备方法
[0001]本专利技术涉及一种碳纳米管增强铜基复合线材及其制备方法，具体涉及一种以铜为基体、以碳纳米管为增强体的复合线材及其制备方法，属于金属基纳米复合材料领域。
技术介绍
[0002]随着电子设备、电力的迅猛发展，研发出一种能满足轻量化、高强高导的铜基复合材料变的十分紧迫。本专利在铜基体中添加碳纳米管，可以实现线材的轻量化，同时也提高了铜线的力学性能。铜线的应用极为广泛，可用于长距离的电力运输、车载牵引变压器、电线电缆等。随着日常生活中小型便携设备的高速发展，对具有高载流量的导线要求更高，而碳纳米管增强铜基复合线材完全可以满足需求。目前国内外采用液相法制备复合线材会引起碳纳米管的悬浮和团聚，而拉拔等方法产生的大量塑性变形会严重破坏碳纳米管的结构和界面结合强度，进而影响复合材料的抗拉强度和导电性等，因此对碳纳米管增强铜基复合线材制备工艺的研究具有更大的挑战，本专利可以很好地制备高性能的碳纳米管增强铜基复合线材。
技术实现思路
[0003]本专利技术为了解决碳纳米管更均匀分布在铜基材料中，并能提高铜线的力学性能差的问题，提供了一种碳纳米管增强铜基复合线材的制备方法。该方法操作简单、易于实现，制备得到的碳纳米管增强铜基复合线材具有高强高导轻量化的优点，可应用于电线电缆、高铁变压器、小型设备等领域。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方法是：一种碳纳米管增强铜基复合线材的制备方法，步骤如下：
[0005]S1：将碳纳米管经过分散得到碳纳米管分散悬浊液，再通过酸溶液进行酸化处理。
[0006]S2：将酸化后的碳纳米管通过敏化液进行敏化处理，再通过活化液进行活化处理。
[0007]S3：将活化后的碳纳米管置于镀液中镀覆金属层。
[0008]S4：将碳纳米管和铜粉通过机械球磨混合均匀得到复合粉体。
[0009]S5：将复合粉末通过粉末装管法制备得到复合线材坯体。
[0010]S6：将复合线材坯体通过旋锻得到更密实的复合线材坯体。
[0011]S7：将复合线材坯体置于真空环境的炉腔或管体中。
[0012]S8：通过热处理对复合线材坯体进行第一步烧结。
[0013]S9：通过热处理对复合线材坯体进行第二步烧结。
[0014]上述技术方案中，所述步骤S1中，称取0.1g/L～1g/L碳纳米管，分散功率为100w～600w，分散1～4h，抽滤洗涤后，使用15％～60％浓度的酸溶液浸泡碳纳米管，并置入40～90℃恒温池中，保温工作2h～48h。
[0015]上述技术方案中，所述步骤S2中，10g/L～20g/L氯化亚锡配置成敏化液浸泡碳纳米管，于50～80℃的恒温池中保温20min～120min，去离子水洗涤碳纳米管至溶液呈中性，
再使用0.1g/L～3g/L的氯化钯配置成活化液浸泡碳纳米管，将其置入50～80℃的恒温池中保温10～90min，用去离子水洗涤碳纳米管直至溶液呈中性。
[0016]上述技术方案中，所述步骤S3中，将碳纳米管置入镀液中，调节镀液pH值为9～14，化学镀的温度为60～90℃，加入0.1mol/L～1mol/L乙醛酸，反应10～60min，用去离子水洗涤碳纳米管至溶液呈中性。
[0017]上述技术方案中，所述步骤S4中，铜粉粒径在1μm直30μm，碳纳米管直径在1nm直50nm之间，长度在1μm直100μm之间，碳纳米管的含量在0.1～30wt％之间，球磨转速为200～600r/min，球磨时间为1～24h。
[0018]上述技术方案中，所述步骤S5中，在氩气氛围的手套箱中进行操作。
[0019]上述技术方案中，所述步骤S6中，将粉末装管后的预制线材平稳送入旋锻机的进料口，预制线材施加径向力同时结合旋转，使得预制线材直径减小，沿径向挤压同时沿轴向伸展，接着从旋锻机的出料口取出直径细化的预制线材，管材直径在100mm～0.1mm范围内由粗到细逐步变化。
[0020]上述技术方案中，所述步骤S7中，复合线材坯体的烧结环境为真空状态。
[0021]上述技术方案中，所述步骤S8中，热处理第一步烧结的温度在铜熔点以下700～1083℃，烧结时间1～5h，惰性气体氛围，气流量20～100ml/min，升温速率升温速率为2～10℃/min。
[0022]上述技术方案中，所述步骤S9中，第二步烧结的温度在熔点以上1083～1100℃，烧结1～30min，惰性气体氛围，气流量20～100ml/min。
[0023]本专利技术的有益结果如下：本专利技术制备的碳纳米管增强铜基复合线材均匀、密实、连续，并且碳纳米管增强的铜基导线的电导率和力学性能得到大幅度提高，并可实现铜基线材的轻量化。同时，本专利中的制备工艺便捷，更有利于大工业规模生产。
附图说明
[0024]图1为本专利技术实例1制备得到的旋锻后的铜材。
[0025]图2为本专利技术实例2、3制备得到的旋锻后的铜材。
[0026]图3为本专利技术实例1、2、3中Cu
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MWCNTs/Cu复合线材的电导率图。
[0027]图4为本专利技术实例1、2、3中Cu
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MWCNTs/Cu复合线材的抗拉强度图。
[0028]图5为本专利技术实例1、2、3中Cu
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MWCNTs/Cu复合线材的硬度图。
[0029]图6为本专利技术实例1、2、3中Cu
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MWCNTs/Cu复合线材的金相组织图。
[0030]图7为本专利技术实例1、2、3中Cu
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MWCNTs/Cu复合粉体球磨后的SEM图。
具体实施方式
[0031]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步说明：
[0032]实施例1一种碳纳米管增强铜基复合线材的制备方法，具体实施方案按如下步骤进行：
[0033]S1：称取0.15g/L的碳纳米管，用无水乙醇作为分散剂，使用超声波分散仪，工作功率分别为300w，分散2小时，用过滤装置对分散液进行抽滤洗涤，直至无水乙醇溶液洗涤干
净，在真空干燥箱60℃的环境中干燥15min，再配置15％浓度的硝酸溶液浸泡碳纳米管，将其置入70
±
2℃恒温的超声波清洗池中，保温工作2h，将碳纳米管洗涤多次直至溶液呈中性。
[0034]S2：去离子水中加入少量浓盐酸和20g/L氯化亚锡配置成敏化液浸泡碳纳米管，将其置入50
±
2℃的恒温超声波清洗池，保温0.5h，去离子水洗涤碳纳米管至溶液呈中性，再使用100ml/L的浓盐酸和1g/L的氯化钯配置成活化液浸泡碳纳米管，将其置入50
±
2℃的恒温超声波清洗池中保温30min，用去离子水洗涤碳纳米管直至溶液呈中性。
[0035]S3：将碳纳米管置入铜盐镀液中，用氢氧化钾调节镀液pH值为11～12，化学镀的温度为80
±
2℃，加入0.2mol本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管增强铜基复合线材的制备方法，包括如下步骤：S1：将碳纳米管经过分散得到碳纳米管分散悬浊液，再通过酸溶液进行酸化处理。S2：将酸化后的碳纳米管通过敏化液进行敏化处理，再通过活化液进行活化处理。S3：将活化后的碳纳米管置于镀液中镀覆金属层。S4：将碳纳米管和铜粉通过机械球磨混合均匀得到复合粉体。S5：将复合粉末通过粉末装管法制备得到复合线材坯体。S6：将复合线材坯体通过旋锻得到更密实的复合线材坯体。S7：将复合线材坯体置于真空环境的炉腔或管体中。S8：通过热处理对复合线材坯体进行第一步烧结。S9：通过热处理对复合线材坯体进行第二步烧结。2.根据权利要求1所述的碳纳米管增强铜基复合线材的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，称取0.1g/L～1g/L碳纳米管，分散功率为100w～600w，分散1～4h，抽滤洗涤后，使用15％～60％浓度的酸溶液浸泡碳纳米管，并置入40～90℃恒温池中，保温工作2h～48h。3.根据权利要求1所述的碳纳米管增强铜基复合线材的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中，10g/L～20g/L氯化亚锡配置成敏化液浸泡碳纳米管，于50～80℃的恒温池中保温20min～120min，去离子水洗涤碳纳米管至溶液呈中性，再使用0.1g/L～3g/L的氯化钯配置成活化液浸泡碳纳米管，将其置入50～80℃的恒温池中保温10～90min，用去离子水洗涤碳纳米管直至溶液呈中性。4.根据权利要求1所述的碳纳米管增强铜基复合线材的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中，将碳纳米管置入镀液中，调节镀液pH值为9～14，化学镀的温度为60～90℃，加入0.1mol/...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷鸣，许艳君，周利军，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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