[发明专利]碳纳米管金属基复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种复合材料技术领域的制备方法，特别涉及的是一种碳纳米管金属基复 合材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管增强金属基复合材料因兼有金属和碳纳米管的特点而具有独特的物理和化学性 能，在航空航天器、精密机械、医疗器件等领域有广阔的应用前景，近年来得到越来越多的材 料学家的重视。然而碳纳米管之间由于较强的范德华力而形成团聚或缠绕，加上碳纳米管与金 属之间表面性质差异显著，导致碳纳米管很难在金属基体中均匀分散，正是这个原因，粉末冶 金、搅拌铸造、熔体浸渗等传统工艺制备的碳纳米管金属基复合材料，其性能远未达到预期的 效果。而另一方面，随着碳纳米管表面机械改性、化学改性、机械力化学改性技术的日趋成熟， 加之以表面活性剂及超声分散的辅助，目前人们能够制备碳纳米管均匀分散、且具有持久稳定 性的碳纳米管水溶液或乙醇溶液。为此，近年来很多研究试图通过将金属粉末加入到碳纳米管 溶液中，采用超声分散、机械或磁力搅拌等方法使碳纳米管均匀分散到金属粉末的表面。然而 所得结果都不理想，原因在于金属粉末的表面性质与碳纳米管和溶剂差异很大、亲和力差，加 入到碳纳米管溶液中的金属粉末不但难于实现均匀分散，而且还倾向于破坏碳纳米管溶液中原 有的平衡而使碳纳米管重新团聚。

对现有技术的文献检索发现，日本专利(JP2007077457-A)“金属基カ一ボンナノチュ一 ブ複合材料及びその製造方法”(金属基碳纳米管复合材料及其制备方法)采用聚乙烯醇作为 分散剂制备碳纳米管水溶液，采用水或乙醇作为溶剂制备金属粉末料浆，然后将二者混合进行 搅拌及超声分散，干燥得到碳纳米管与金属粉末的复合压坯，再经热压处理得到致密的复合材 料。该方法的局限性在于，采用聚乙烯醇作为分散剂虽然有助于碳纳米管在水溶液中的均匀分 散，但无法消除碳纳米管与金属粉末表面之间的性质差异，碳纳米管与金属表面之间的亲和力 差，在料浆共混及干燥过程中碳纳米管倾向于彼此团聚，导致在所得的复合材料中碳纳米管分 散并不均匀。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种碳纳米管金属基复合材料的制备方法。 本发明利用聚合物对金属粉末进行表面改性，使其表面能够从碳纳米管溶液中吸附碳纳米管， 从而得到碳纳米管均匀分散复合粉末，然后再采用粉末冶金工艺制备碳纳米管金属基复合材料 的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明先将金属粉末加入到聚合物溶液中进行表面包覆，然后将聚合物包覆金属粉末加入 到碳纳米管溶液中，使聚合物包覆金属粉末表面从碳纳米管溶液中均匀吸附碳纳米管，得到均 匀分散的碳纳米管金属复合粉末，然后再采用粉末冶金工艺，将所得复合粉末制成密实的碳纳 米管金属基复合材料。本发明对碳纳米管破坏性小，可保持其优异特性，并可在0.1％10％的 范围内调控复合材料中碳纳米管的质量百分比。此外，本发明环境友好，具有规模化应用潜力。

本发明包括以下步骤：

(1)将所述碳纳米管加入到水或有机溶剂中，制备碳纳米管溶液；

(2)将所述聚合物加入到水或有机溶剂中，制备聚合物溶液；

(3)表面包覆聚合物：将所述的金属粉末加入到所述的聚合物溶液中，即得到金属粉末 和聚合物溶液料浆，持续搅拌至金属粉末表面形成聚合物薄膜，然后进行洗涤过滤，即得到所 述的聚合物包覆金属粉末；

(4)表面吸附碳纳米管：将所述的聚合物包覆金属粉末加入到碳纳米管溶液中，即得到 金属粉末和碳纳米管溶液料浆，持续搅拌直至碳纳米管被吸附于聚合物包覆金属粉末的表面， 然后进行洗涤过滤、干燥处理和热解处理，即得到均匀分散的碳纳米管金属复合粉末。

(5)采用粉末冶金工艺，将所得碳纳米管金属复合粉末制成密实的碳纳米管金属基复合 材料。

所述的金属粉末为铝、铜、镁、钛及其合金粉末中的一至多种。

所述的碳纳米管经过表面改性处理，为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或者多壁碳纳米管。

所述的有机溶剂为甲醇或乙醇。

所述的碳纳米管溶液中，加入表面活性剂、消泡剂等辅助成分；所述的表面活性剂选自十 二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、曲拉通、壳聚糖、β-环式糊 精、戊二醛或胆汁盐；所述的消泡剂可选自辛醇、磷酸三丁酯、聚二甲基硅氧烷或者聚醚等。