[发明专利]一种纳米碳增强的耐磨复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其是涉及金属基耐磨材料领域，具体涉及一种 纳米碳材料增强的耐磨复合材料。

背景技术

耐磨材料，是新材料领域的核心，对高新技术的发展起着重要的推动和支撑作用， 在全球新材料研究领域中，耐磨材料约占85％。同时，耐磨材料是以车辆为代表的交 通工具中最关键的安全零件之一，对制动效果的起决定性作用。现有的常规制动材料， 如半金属基合成材料、铜基/铁基耐磨材料等，无论是摩擦系数和运行平稳性，还是导 热性、耐磨性等方面均有较大的提升空间。

碳纳米管，于1991年被日本科学家发现。管壁上每个碳原子间通过有“最强化学 键”之称的sp2杂货轨道相结合。碳纳米管的抗拉强度达到50～200GPa，是钢的100倍， 比常规石墨纤维高一个数量级；碳纳米管的比重只有钢的1/6；碳纳米管的导热系数约 为6000W/(m·K)，与金刚石相当，是铜的14倍，氧化铝的160倍。

现有技术中的耐磨材料通常是掺入石墨，但其材料的实际能达到的电阻率、抗压 强度还有提升的空间。

发明内容

本发明要解决的现有技术是提供一种纳米碳增强的耐磨复合材料，通过在配 方中引入纳米碳材料，达到导热性、强度、硬度和耐磨性明显提升的新型耐磨复合材料。

为解决上述技术问题，本发明第一方面提供一种纳米碳增强的耐磨复合材料， 其按质量百分比包括，金属粉55～99％，陶瓷粉0.1～35％，纳米碳0.01～15％。

优选地，纳米碳增强的耐磨复合材料，其按质量百分比包括，金属粉60～99％， 陶瓷粉0.1～35％，碳纳米管0.01～10％。

优选地，纳米碳增强的耐磨复合材料，其按质量百分比包括，金属粉62～95％， 陶瓷粉1～35％，碳纳米管0.1～8.0％。

优选地，纳米碳增强的耐磨复合材料，其按质量百分比包括，金属粉65～95％， 陶瓷粉4～35％，碳纳米管0.5～4.0％。

优选地，纳米碳增强的耐磨复合材料，其按质量百分比包括，金属粉65～95％， 陶瓷粉4～35％，碳纳米管0.5～3.0％。；更优选地，纳米碳增强的耐磨复合材料，其 按质量百分比包括，金属粉63～95％，陶瓷粉4～35％，碳纳米管0.1～2.0％。

本发明一优选技术方案中，所述的金属粉选自铜粉、铁粉、钛粉、镍粉、锡粉、 锌粉、铝粉、锰粉、铬粉中的一种或几种混合；所述的金属粉优选选自铜粉、铁粉、 锰粉、铬粉中的一种或其混合；所述的金属粉的粒径为0.1～500微米。

本发明一优选技术方案中，所述的陶瓷粉选自碳化物、氮化物、硫化物、硼化物、 氧化物中一种或两种以上的任意比例混合物，优选选自碳化物、氮化物、硫化物，所述 的陶瓷粉的粒径为0.05～300微米。

所述碳化物选自碳化硅、碳化硼等碳化物或其混合；所述氮化物选自氮 化硅、氮化硼等氮化物或其混合；所述硫化物选自硫化锑、硫化钼等硫化物或 其混合；所述硼化物选自硼化锆、硼化铝等硼化物或其混合；所述氧化物选自氧 化铝，二氧化硅等氧化物或其混合。

本发明一优选技术方案中，上述碳纳米管选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管中的 一种或两种的任意比例混合物，以粉末的形式加入，所述碳纳米管的外径为10～120纳 米，长度1～10微米。

本发明的第二方面提供一种纳米碳增强的耐磨复合材料的制备方法，其包 括如下步骤：

1)取碳纳米管、陶瓷粉，75℃-90℃烘干待用；

2)在洁净的混合机中依次投入碳纳米管、金属粉，混合均匀后，再投入陶瓷粉继 续混合至均匀；

3)从混合均匀的粉料中取适量放入圆片状成型模具中，并通过常温冷压成型方式 压制成生坯；

4)将冷压成型的生坯放入烧结炉中，在惰性保护气氛下进行烧结，烧结过程中， 在垂直方向持续施加压力，并保持到烧结后冷却结束；

5)烧结完成后材料在保护气氛和持续压力作用下随炉自然冷却，烧结炉温度降至 100℃以下后，开炉，卸压，取料。

本发明提供的耐磨复合材料，通过以金属粉末为基体；配方中陶瓷粉作为耐磨 填充材料，用于提高金属基体的摩擦系数；纳米碳主要用于提高复合材料的导热性能、 强度、韧性及耐磨性能。