[发明专利]一种多壁碳纳米管增强铜基复合粉体的制备方法

说明书

技术领域

本发明公开一种多壁碳纳米管增强铜基复合粉体的制备方法，属于复合材料技术领域。

背景技术

多壁碳纳米管是在1991年由日本科学家Sumio Lijima发现的一种新型一维纳米材料，具有良好的力学性能、机械强度以及优良的导电导热性，理论计算显示多壁碳纳米管的杨氏模量可达到1TPa、拉伸强度平均在150GPa左右；近年来，多壁碳纳米管作为增强体增强铜基复合材料已引起广泛关注，多壁碳纳米管/Cu复合材料具有高耐磨性、较高的导热导电性以及较低的热膨胀系数，现已被广泛应用于电力、电子、机械、集成电路的引线框架、灯丝引线、电阻焊电极、等工业领域。

申请人蔡晓兰在专利号CN201210095598.8中公开了“一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法”，该专利采用粉末冶金法和高能球磨制备复合材料，采用退火-冷压-烧结成型制备出复合材料，该专利采用原料碳纳米管直接进行球磨实验，未进行碳纳米管的纯化前处理。

在专利号CN102528023A中公布了“一种采用高能球磨机制备氧化铝弥散强化铜粉的方法”。该专利采用CuO代替Cu，通过球磨制备复合粉末，但由于该专利采用行星式高能球磨机，该专利的球磨时间依然需要20～40小时。

在专利号CN101619426中公布了“一种碳纳米管增强复合材料的制备方法”。该专利对碳纳米管进行预处理，采用玛瑙球和玛瑙球罐在低转速、短时间条件下对预处理后的碳纳米管与铜粉进行混料后对其进行压制成型。本发明相比该专利在碳纳米管预处理时采用湿法球磨，使得碳纳米管能够充分分散在介质中，在进行球磨处理时碳纳米管的切断效果更加理想、剪切长度保持在5～10微米。

发明内容

本发明针对现有制备时间长、碳纳米管分散性差以及球磨技术等问题，提供一种碳纳米管增强铜基复合粉体的制备方法，具体包括以下步骤：在真空条件下，将多壁碳纳米管、铜粉放入高能卧式搅拌球磨机中，球磨时间为30～100min，得到平均粒度为15～50微米的NMCNTs-Cu复合粉体。

本发明高能卧式搅拌球磨机的搅拌轴线速度为5.0-10.0 m/s。

本发明所述碳纳米管、铜粉和钢球质量比为1:10:100-1:50:500。

本发明球磨前先将球磨仓体抽真空，在真空条件下进行球磨，真空度为1.0～10^-3帕。

本发明所述高能卧式搅拌球磨机为专利“201320017287X”公开的球磨机（见图1）。

本发明的有益效果是：

（1）本发明通过高能卧式搅拌球磨机进行球磨实验，相比较一般的球磨设备，本发明采用高能卧式搅拌球磨机由于输出的瞬间能量较高，使得球料与磨球之间、磨球与磨球之间产生强大的冲击力，与一般球磨设备相比较，球磨时间由1～60小时缩短到30～100分钟；

（2）本发明采用直接在真空条件下，球磨复合粉体，该工艺技术由于真空条件下空气阻力系数降低，粉体与粉体之间、球磨介质之间的阻力减小，导致球磨效率提高，因此复合粉体的力学性能提高；通过实验研究，在真空条件下制备出的复合材料的硬度和抗拉强度相比惰性条件而言分别提高了20％-35％和5％-20％。

附图说明

图1为卧式叶片式搅拌高能球磨机仓体示意图；

图2为实施例1复合粉体NMCNTs-Cu电镜；

图3 真空与惰性气体条件下的NMCNTs-Cu复合材料抗拉强度比较图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并限于所述内容。

实施例1

本实施例所述多壁碳纳米管增强铜基复合粉体的制备方法，具体包括以下步骤：

取10克NMCNTs 、100克铜粉和1000克钢球一起放入高能卧式搅拌球磨机内，密闭球磨仓体，抽真空，当真空度为1.0*10^-3  帕时关闭真空泵开始球磨，高能卧式搅拌球磨机的搅拌轴线速度为5.0m/s，球磨时间为60分钟球磨，制备出NMCNTs-Cu的复合粉末，粉体平均粒度为15.0微米。

本实施例制备得到的多壁碳纳米管与铜基体的复合粉末的电镜图如图2所示。

将本实施例所制备出的复合粉末压制烧结成型，其材料硬度和抗拉强度分别达到179HV和200Mpa，而在惰性环境中制备出的复合材料性能仅达到139HV和174Mpa，在相同条件下真空环境相比惰性环境而言制备出的复合材料的硬度和抗拉强度分别提高了20％和15％。