一种基于碳纳米管的铜基复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种基于碳纳米管的铜基复合材料及其制备方法与应用，属于铜基复合材料技术领域。本发明专利技术的制备方法包括以下步骤：将铜粉的水溶液与碳纳米管的分散液搅拌混合，静置，分层后再搅拌，静置，固液分离后,置于行星式球磨机中混料，得到CNT/Cu复合粉末。将CNT/Cu复合粉末进行冷压成型和热压烧结处理后，得到所述基于碳纳米管的铜基复合材料。本发明专利技术有效地改善了碳纳米管与铜界面润湿性差的问题；在要求高摩擦稳定性，高耐磨性的摩擦材料领域具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳纳米管的铜基复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及铜基复合材料
，尤其是指一种基于碳纳米管的铜基复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]铜基复合材料具有良好的加工性和导热性而被应用于飞机、汽车、高速列车等交通工具的制动材料。在铜基复合材料中通常采用陶瓷颗粒弥散强化、陶瓷或碳纤维强化铜基复合材料的形式，使得材料在尽量保证铜基体优良的导热性能和机加工性能的同时，还可以有效的改善其力学性能，从而获得高硬度、高强度、高耐磨性能的铜基复合材料。
[0003]碳纳米管(CNTs)，具有独特的中空结构，具有一维的纳米结构和极其优异的综合性能，具体表现在超高弹性模量(～1.8TPa)和超高强度(～150GPa)以及高导热率和高导电率等特点；且碳纳米管具有很大的比表面积。但是目前现有技术中存在CNTs易团聚而难以均匀弥散分布及使组织均匀化、Cu基体与CNTs之间润湿性差而导致界面结合强度低等问题。
[0004]因此，亟需提供一种能够提高铜基复合材料的力学及耐摩擦磨损性能，且能够解决碳纳米管与铜界面结合差的问题的方法。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于碳纳米管的铜基复合材料及其制备方法与应用。本专利技术通过铜基表面吸附碳纳米管发挥增强作用，能够显著提高铜基复合材料的力学及耐摩擦磨损性能。且本专利技术基于碳纳米管的铜基复合材料的制备方法工艺简单，易于生产，并且能够解决碳纳米管与铜界面结合差的问题。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术第一个目的是提供一种基于碳纳米管的铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)制备铜粉的水溶液与碳纳米管的分散液；
[0009](2)将步骤(1)所得铜粉的水溶液与碳纳米管的分散液搅拌混合，静置，固液分离后取固相，干燥，并进行球磨混料得到CNT/Cu复合粉末；
[0010](3)将所述CNT/Cu复合粉末进行冷压成型和热压烧结处理，得到所述铜基复合材料。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中，所述铜粉的尺寸为4μm～7μm；所述碳纳米管的外径尺寸为20nm～30nm。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中，所述铜粉和去离子水的含量比为(9.9g)：(100mL)。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中，所述碳纳米管和去离子水的含量比为(0.1g)：(100mL)。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)中，所述碳纳米管通过酸化得到：
[0015]将碳纳米管与混酸溶液45℃～55℃反应9h～11h制备得到。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述混酸选自浓硫酸和浓硝酸；所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为1：3～1：4。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，步骤(2)中，将步骤(1)所得铜粉的水溶液与碳纳米管的分散液搅拌混合，静置，分层后再搅拌，静置，固液分离后,置于行星式球磨机中混料，得到CNT/Cu复合粉末。
[0018]在本专利技术的一个实施例中，所述搅拌的时间为15min～25min，静置分层后再次搅拌的时间为5min～15min。
[0019]在本专利技术的一个实施例中，步骤(2)中，所述球磨混料采用行星式球磨机，转动速度为180rpm～220rpm；
[0020]在本专利技术的一个实施例中，步骤(2)中，所述混料的时间为1.5h～2.5h，所述球磨的钢球质量与粉末的质量比为10：1。
[0021]在本专利技术的一个实施例中，步骤(3)中，所述冷压成型的条件：冷压压力为20MPa～30MPa，保压时间为8min～12min。
[0022]在本专利技术的一个实施例中，步骤(3)中，所述热压烧结的条件：在真空热压炉内真空度为10
‑2Pa条件下，加压至45MPa～55MPa后升温至550℃～650℃，保温8min～12min。
[0023]本专利技术第二个目的是提供所述的制备方法制备所得基于碳纳米管的铜基复合材料。
[0024]在本专利技术的一个实施例中，所述铜基复合材料中碳纳米管的质量分数为0.8％～1.2％。
[0025]本专利技术第三个目的是提供所述的基于碳纳米管的铜基复合材料在制动材料中的应用。
[0026]本专利技术将碳纳米管进行酸化处理，引入含氧官能团提高CNTs与铜的界面能力且使CNTs带负电荷，CNTs之间静电斥力将减弱CNTs原有的范德华力，使CNTs分散开能较好地吸附到铜表面，减少团聚；以及采用湿混吸附低能球磨的方法将所述酸化后的碳纳米管吸附到铜表面，并使用快速热压烧结炉烧制得到基于碳纳米管的铜基复合材料。
[0027]本专利技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0028](1)本专利技术提供了一种基于碳纳米管的铜基复合材料，充分发挥了碳纳米管超高强度以及高导热率和高导电率等特点，基于碳纳米管的铜基复合材料相比传统铜基复合材料增强相与铜基体之间的界面数量很大提高，增强相对铜基体的承载作用逐步增加，显著提高增强相的承载效率；同时碳纳米管具有良好自润滑和高温稳定性，能够起到良好的减磨作用，碳纳米管能够在铜基体中起到载荷传递和润滑的作用，显著提高了铜基复合材料的力学及耐摩擦磨损性能。
[0029](2)本专利技术提供了一种基于碳纳米管的铜基复合材料的制备方法，工艺简单，易于生产；制备过程中将碳纳米管进行酸化处理，引入含氧官能团提高CNTs与铜的界面能力且使CNTs带负电荷，CNTs之间静电斥力将减弱CNTs原有的范德华力，使CNTs分散开能较好地吸附到铜表面，减少团聚，有效地改善了碳纳米管与铜界面润湿性差的问题；在要求高摩擦稳定性，高耐磨性的摩擦材料领域具有广阔的应用前景。
附图说明
[0030]为了使本专利技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中
[0031]图1为实施例2制备的碳纳米管增强铜基复合材料的SEM形貌图；
[0032]图2为实施例2快速热压烧结后复合材料的金相照片；
[0033]图3为对比例1制备的碳纳米管增强铜基复合材料的SEM形貌图；
[0034]图4为对比例1快速热压烧结后复合材料的金相照片；
[0035]图5为对比例2制备的碳纳米管增强铜基复合材料的SEM形貌图；
[0036]图6为对比例2快速热压烧结后复合材料的金相照片。
具体实施方式
[0037]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0038]本专利技术提供了一种基于碳纳米管的铜基复合材料，其组分及质量分数如下：
[0039]碳纳米管的质量分数为0.8％～1.2％、余量为电解铜粉。
[0040]所述的碳纳米管外径尺寸为20nm～30nm。
[0041]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳纳米管的铜基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备铜粉的水溶液与碳纳米管的分散液；(2)将步骤(1)所得铜粉的水溶液与碳纳米管的分散液搅拌混合，静置，固液分离后取固相，干燥，并进行球磨混料得到CNT/Cu复合粉末；(3)将所述CNT/Cu复合粉末进行冷压成型和热压烧结处理，得到所述铜基复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述铜粉的尺寸为4μm～7μm；所述碳纳米管的外径尺寸为20nm～30nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳纳米管通过酸化得到：将碳纳米管与混酸溶液45℃～55℃反应9h～11h制备得到。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述混酸选自浓硫酸和浓硝酸；所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为1：3～1：4。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑嗣俊，邹豪豪，冉旭，巩铭昆，朱巍巍，汪钲淳，张策，杨熠贤，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：