[发明专利]一种MWCNTs增强Cu-Ti复合材料的制备方法

说明书

本发明提供一种MWCNTs增强Cu‑Ti复合材料的制备方法，属于复合材料技术领域。本所述制备方法包括球磨、混料、冷压和热压烧结等步骤。本申请提供的制备方法，在Cu基体中添加Ti作为合金化元素，添加MWCNTs作为增强相，通过球磨、超声等提高多壁碳纳米管在基体中的分散均匀度，通过梯度升温的热压烧结改善MWCNTs与Cu基体间的润湿性能，提高复合材料的综合性能。

技术领域

本发明涉及金属材料的增强技术领域，尤其涉及一种MWCNTs增强Cu-Ti复合材料的制备方法。

背景技术

铜及其合金因其优异的机械性能、导电性和加工性等被广泛应用于各个领域，随着现代社会和科技的高速发展，对铜及其合金以及相关复合材料提出了更高的要求，不仅要求其具有传统材料本身的性能之外，在强度、耐腐蚀性和摩擦性能方面也提出了更高的指标。目前，在铜基体中引入增强相来获得高性能复合材料的手段得到了广泛应用。MWCNTs(多壁碳纳米管)作为一种纳米级的碳材料，因其具有独特结构而在电导率、强度上具有良好的表现，因此，MWCNTs是铜基复合材料一种较为理想的增强体。

关于碳纳米管增强铜基复合材料的研究显示，碳纳米管添加可有效提高复合材料的各项性能指标。然而，由于自身所具有的较大的长径比和较强的范德华力，碳纳米管很容易发生团聚，难以实现在铜基体中的均匀分散；另一方面，碳纳米管与铜基体间的润湿性很差，难以实现基体与增强相间强的界面结合，使得复合材料在受力时很难进行有效的载荷传递。团聚和润湿性差都严重削弱了碳纳米管的增强效果，进而降低复合材料的最终性能。因此，为了得到综合性能良好的复合材料，充分发挥碳纳米管的增强效果，这两方面的问题亟待解决。

发明内容

本发明要解决的问题是现有的碳纳米管增强铜基复合材料，由于碳纳米管自身的性能、碳纳米管与铜基体间的润湿性差等问题导致碳纳米管的增强效果不高，进而降低复合材料最终性能。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种MWCNTs增强Cu-Ti复合材料的制备方法。所述制备方法，包括以下步骤：

(1)球磨：将Cu粉和Ti粉的混合粉末进行球磨6～12h；

(2)混料：将MWCNTs(多壁碳纳米管)预分散液用去离子水稀释后进行超声1～2h，得到MWCNTs分散液，之后将步骤(1)得到的混合金属粉末缓慢加入到MWCNTs分散液中，搅拌后静置；

(3)冷压：除去步骤(2)中得到的静置后的溶液的上层清液，得到复合粉末，将干燥后的复合粉末冷压得到生坯；

(4)热压烧结：将步骤(3)得到的生坯进行热压烧结；热压烧结时惰性气体保护；

热压烧结时梯度升温：先升温至T0保温1～2h，之后继续升温，待温度升至900～1000℃后在25～30Mpa下加压1～2h，之后冷却至室温，得到MWCNTs增强Cu-Ti复合材料。

进一步地，所述步骤(1)中的Ti粉的质量为Ti粉、Cu粉和MWCNTs总质量的5～8％，步骤(2)中MWCNTs的质量为Ti粉、Cu粉和MWCNTs总质量的0.1～0.5％。

进一步地，所述T0为790～820℃。

优选地，步骤(1)中Ti粉和Cu份的纯度大于等于99.9％。

优选地，步骤(1)中进行的球磨为高能球磨，球磨转速为300～400r/min，球料比为5:1～20:1，球磨过程中充入氩气作为保护气氛，并加入乙醇作为过程控制剂。

进一步地，Ti粉、Cu粉和MWCNTs总质量与步骤(2)中去离子水的体积比为0.25～0.4(g/mL)。

优选地，步骤(2)中超声功率为50～100W。