[发明专利]一种铜包覆单晶蓝宝石纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料领域，特别涉及一种铜包覆单晶蓝宝石纤维的制备方法。

背景技术

金属基复合材料的是通过选择优化组合金属基体或合金基体和增强物获得既具有金属特性，又具有高比强度、高比模量、耐热、耐磨等的综合性能的材料。单晶蓝宝石晶须(Single crystal sapphire Whisker)是在受控条件下培植生长的高纯度单晶体，其晶体结构近乎完整，不含有晶粒界、位错、空洞等晶体缺陷，具有比重小、高强度、高熔点、高耐磨量和高耐腐蚀性的物理性能，可以明显提高复合材料的比强度和比模量。单晶蓝宝石晶须成为第三代先进复合材料的最佳选择。

在金属中加入单晶蓝宝石晶须后，可以显著提高制品的弯曲弹性模量、抗拉强度、尺寸稳定性和热畸变温度。用高比强度、比模量复合材料制成的构件质量小、刚性好、强度高，是航空航天领域中理想的结构材料。可用作飞机涡轮发动机和火箭发动机热区和超音速飞机的表面材料。无机晶须加入金属材料后，可以提高金属材料的各项性能，硼酸铝晶须增强金属复合材料在金属合金行业已经获得成功应用，所得材料可用在发动机活塞、连杆，压缩机气缸等耐热部件上（戴静，王敏，张金才.硼酸铝晶须在复合材料中的应用[J]化工矿物与加工，2005，(10):36-38）。晶须在合金过滤器、压缩机叶片和航空等方面的应用也十分广泛。

金属基复合材料中基体占很高比例，一般在60%以上，良好的导热性可以有效的传热，减少构件受热后产生的梯度，迅速散热，这对尺寸稳定高的构件尤为重要。同时良好的导电性可以有效防止飞行器构件产生静电聚集的问题。

由于单晶蓝宝石晶须导热、导电性差，与金属的润湿性不好，不能与金属作用形成牢固的粘接，限制了单晶蓝宝石晶须增强金属基复合材料的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用包覆铜改性单晶蓝宝石晶须的方法，本发明可以有效提高单晶蓝宝石晶须与金属复合时的浸润性，解决导电导热性差的问题。

为实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种铜包覆单晶蓝宝石纤维的制备方法，包括：a、将氢氧化钠加入到去离子水中，得到烧碱溶液A；量取烧碱溶液A，向烧碱溶液A中加入硼氢化钠，得到含有烧碱的硼氢化钠溶液B；b、将单晶蓝宝石晶须加入到含有氢氧化钠的硼氢化钠还原液B中，用超声波清洗仪对含有单晶蓝宝石晶须的溶液超声分散处理，得到含有单晶蓝宝石晶须的还原性混合液C；c、在铜盐水溶液中滴加氢氧化钠和酒石酸钾钠的混合溶液制备成斐林试剂，d、利用磁力搅拌仪搅拌，匀速向含有单晶蓝宝石晶须的还原性混合液C中加入菲林试剂，直至单晶蓝宝石晶须变为红色为止，停止搅拌，得到铜包覆的单晶蓝宝石混合液；e、将反应后的单晶蓝宝石混合液过滤，洗涤，得到湿的铜包覆的单晶蓝宝石晶须；f、将湿的铜包覆的单晶蓝宝石晶须进行干燥，可得到表面含有铜包覆的单晶蓝宝石晶须。

所述步骤a中烧碱溶液的浓度为0.01~1mol/L，溶液B中硼氢化钠的溶液的浓度为1~5mol/L。

步骤b中所述超声波清洗仪的温度为40~60 ℃，处理时间为5~10min。

步骤b中单晶蓝宝石晶须和氢氧化钠溶液的质量比为1~1:10。

步骤c中铜盐为硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、醋酸铜及其组合的任一种。

所述铜盐的浓度为1～30％(w/v)，且所用铜盐单晶蓝宝石晶须的质量比为1:1～100。

步骤d中磁力搅拌仪的转速为250 r/min~500 r/min，向含有单晶蓝宝石晶须的还原性混合液中加入含有铜氨络离子的溶液的速度为5滴/min~10滴/min。

步骤e中将反应后的单晶蓝宝石混合液过滤后洗涤的方法为：去离子水洗涤2~5次；步骤f中的干燥方法为：将湿的铜包覆的单晶蓝宝石晶须在温度为60~100 ℃下进行干燥，干燥时间为3~9h。

一种金属复合材料，包括本发明所述的方法制得的铜包覆改性单晶蓝宝石晶须。

本发明的有益效果是：

（1）本发明旨在提供一种纳米铜包覆单晶蓝宝石晶须的方法，可以达到单晶蓝宝石晶须表面98%的包覆率，铜包覆后的单晶蓝宝石晶须不仅保持原有的优良性能，还具有与金属复合良好的浸润性，导电性、导热性好。所得的铜包覆改性单晶蓝宝石晶须可以作为金属基复合材料的增韧体。

（2）本发明的铜包覆改性单晶蓝宝石晶须的方法，其实验过程操作简单，该工艺易实现工业化，具有良好的应用前景。

（3）本发明的铜包覆改性单晶蓝宝石晶须的方法，原料便宜，来源广泛，而且具有良好的环境效益和经济效益。