[发明专利]一种CNTs/TiO2纳米复合粉末增强Cu基复合材料的方法

说明书

本发明公开了一种CNTs/TiO₂纳米复合粉末增强Cu基复合材料的方法，该方法首先通过高能球磨获得片状铜粉或铜合金，利用Ti盐的水解制备CNTs/TiO₂纳米复合粉末；经过低能球磨将片状Cu粉或铜合金与CNTs/TiO₂均匀混合后，最终压力烧结制备出CNTs/TiO₂增强Cu基复合材料；该发明有利于充分发挥二元增强相的CNTs/TiO₂纳米复合粉末所产生的协同增强效应，在增强Cu基体时表现出比单组元增强相更优异的性能；CNTs/TiO₂增强Cu基复合材料的抗拉强度、显微硬度和电导率分别为294MPa，112HV和85.4% IACS；此外，相比于纯铜样品，CNTs/TiO₂纳米复合粉末增强Cu基复合材料在大幅提高力学性能的同时并未严重降低电导率。

技术领域

本发明涉及了一种CNTs/TiO₂纳米复合粉末增强Cu基复合材料的方法，属于粉末冶金和复合材料制备技术领域。

背景技术

由于金属铜具有良好的力学、电学和热学性能，故其常用作金属基复合材料的基体材料。近年来铜基复合材料广泛应用于电力输送、电子封装散热和工程结构材料领域，但铜强度、硬度、耐磨性等较低，使其应用受到限制。

研究人员以纤维针刺整体毡为预制体，用化学气相渗透、浸渍炭化的方法制备密度和基体炭不同的C/C多孔坯体，然后在真空环境下将熔融Cu渗入到的C/C多孔坯体中，制备出碳纤维增强Cu基复合材料，复合材料的强度与摩擦磨损性能得到了较大的提高。利用这种液相粉末冶金方法需要将铜加热到熔点以上，这个过程会消耗大量能量。还有研究者利用内氧化的方法制备了Al₂O₃弥散在Cu基体内的复合材料，经过后续的热挤处理得到了力学性能优异的Al₂O₃/Cu复合材料，但是Al₂O₃具有非常高的介电常数，导致复合材料的导电性严重降低。

尽管近些年Cu基复合材料受到越来越广泛的关注，但是如上所述，绝大部分研究集中在使用单一增强相（如碳化物、氧化物的颗粒或碳纤维）来提高Cu基复合材料的力学或物理性能，而对于采用两种或两种以上复合增强相来提高Cu基复合材料性能的研究较少。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题与不足，本发明提供了一种CNTs/TiO₂纳米复合粉末增强Cu基复合材料的方法，该方法利用综合性能优异的CNTs和纳米TiO₂作为二元增强相，CNTs嵌入到TiO₂基体中使得二者具有较好的的界面结合；通过相与相、相界面与界面之间的耦合作用可以使复合材料呈现出比单一相增强复合材料更优的性能。

上述方法的具体步骤如下：

（1）将Cu粉或Cu合金置于球磨机中，加入无水乙醇浸没铜粉，球磨5 ~ 10h后过滤，在40 ~ 80℃下真空干燥；

（2）将碳纳米管置于浓硝酸与浓硫酸的混合液中，水浴加热至30~80℃，然后超声分散10 ~ 180min后过滤清洗至中性，充分干燥后得到预处理的碳纳米管，其中浓硝酸与浓硫酸的体积比为1:3~1:5；

（3）将预处理的碳纳米管按质量比为1:100 ~ 1:500的比例加入到去离子水中，超声获得分散均匀的碳纳米管水溶液；

（4）将分散均匀的碳纳米管水溶液放入温度0~15℃的水浴中，然后将Ti盐添加到碳纳米管水溶液中混匀，然后进行过滤、洗涤和干燥，得到CNTs/TiO₂纳米复合粉末，其中Ti盐与预处理的碳纳米管的质量比为1:10~20:1；