[发明专利]一种CNTs和CNFs协同增强铜基复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种CNTs和CNFs协同增强铜基复合材料，按重量百分比包括如下组分：经表面改性的CNFs和经表面改性的CNTs的质量分数之和为0.1‑5%，石墨的含量为0.5‑8%，Ti₃SiC₂含量为6‑15%，La元素的含量为0.01‑0.5%，余量为铜；所述经表面改性的CNTs是采用没食子酸水溶液改性得到的；所述经表面改性的CNFs是采用芦丁水溶液改性得到的。本发明的铜基复合材料中，CNTs和CNFs分散性较好，杂质含量低，且保持了完整的表面形貌，与石墨粉末、Ti₃SiC₂粉末、La以及铜基体发挥共增强作用，显著提高了铜基复合材料的力学及耐摩擦磨损性能，同时还具有优异的强度和耐冲击性。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，涉及一种铜基复合材料，特别涉及一种CNTs和CNFs协同增强铜基复合材料及其制备方法。

背景技术

CNTs（Carbon NanoTubes，碳纳米管）是由单层或多层石墨片层卷曲而成的呈无缝中空管状结构的一维材料，具有优异的力学、电学和热学等性能。石墨烯也称为碳纳米片CNFs ( Carbon Nanoflakes)，石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层相同，是碳原子以sp2杂化轨道呈蜂巢晶格（honeycomb crystal lattice）排列构成的单层二维晶体。CNTs和CNFs优异的性能使其成为理想增强材料。

近年来，CNTs和CNFs在聚合物和陶瓷复合材料中有很快的发展，但是在金属基复合材料中存在许多问题。这其中的主要问题在于CNTs和CNFs为纳米材料，都具有很大的比表面积和比表面能，存在很大的范德华力，容易聚集堆积，很难在金属基体中均匀分散；另一方面，CNTs和CNFs与金属材料之间具有较大的性能差异，与金属基体的浸润性差，很难形成牢固的界面结合。这些因素会严重影响金属基复合材料的密度，及其力学、电学、摩擦磨损等性能，尤其是摩擦磨损性能。在金属复合材料领域中，铜基复合材料被广泛用作电子元件材料、滑动材料、触头材料、热交换材料等。因此，CNTs和CNFs在增强铜基复合材料方面最受关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CNTs和CNFs协同增强铜基复合材料。

该铜基复合材料由经表面改性的CNTs和CNFs、石墨粉末、Ti₃SiC₂粉末、La粉和铜粉末组成；其中经表面改性的CNTs和CNFs分别是由没食子酸水溶液和芦丁溶液改性制成的，分散性好，杂质含量低，且保持了完整的比表面。该铜基复合材料中各组分的性能产生共增强的作用，显著提高了铜基复合材料的耐摩擦磨损性能以及强度和抗冲击性，降低了铜基复合材料的密度。

为了实现上述发明目的，本发明具体的提供了以下技术方案：

一种CNTs和CNFs协同增强铜基复合材料，按重量百分比包括如下组分：经表面改性的CNFs和经表面改性的CNTs的质量分数之和为0.1-5%，石墨的含量为0.5-8%，Ti₃SiC₂含量为6-15%，La元素的含量为0.01-0.5%，余量为铜。

所述经表面改性的CNTs是采用没食子酸水溶液改性CNTs得到的。碳纳米管经过没食子酸改性后和金属基体的亲和性更佳，能够实现对于复合材料中的稳定结合以及性能增强改善。

所述经表面改性的CNFs是采用芦丁水溶液改性CNFs得到的。CNFs采用芦丁改性，可以很好的解决CNFs在铜基体中的亲和力，防止CNFs团聚，实现均匀分散，达到增强复合材料性能的目的。

没食子酸，又称倍酸、五倍子酸，其化学名为3,4,5-三羟基苯甲酸，化学式为C₆H₂(OH)₃COOH，化学结构式如式Ⅰ所示，属于多酚类物质，亦属于有机酸。