[发明专利]一种碳纳米管铜基层状复合材料的制备方法

说明书

一种碳纳米管铜基层状复合材料的制备方法，涉及一种碳纳米管铜基复合材料的制备方法。本发明是要解决现有方法制备的碳纳米管铜基复合材料强韧性不匹配的问题。方法：一、碳纳米管的酸化处理以及铜片的清洗；二、复合片的制备；三、复合材料的制备。本发明采用电泳沉积的方法来分散碳纳米管，使碳纳米管直接均匀的分散在金属板的表面，提升了碳纳米管的分散程度，通过热压烧结以及后续轧制的方法，可以实现复合材料层状结构的构建。复合材料层状结构会改变材料的断裂行为，增加断裂过程中的能量消耗，因而复合材料的强度较基体有明显的提升，同时韧性也相应提高。本发明用于制备碳纳米管铜基复合材料。

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管铜基复合材料的制备方法。

背景技术

金属基复合材料由于其本身优异的力学性能以及功能性，在航空航天、汽车以及手机通讯等领域得到了越来越广泛的应用。作为新兴的一维碳材料，碳纳米管被越来越多的用来作为金属基复合材料的增强体。但是，由于其本身的纳米尺度，相互之间严重的范德华力作用，使得碳纳米管及其容易相互缠结。同时由于碳纳米管与金属之间较差的润湿性，因此极难在金属基体中实现均匀分散。

现有的制备铜基复合材料的方法主要是粉末冶金，原位自生等，共同的特点是碳纳米管在材料内部三维空间中的均匀分散，在材料强度提升的同时，往往引起塑性以及韧性的降低，铜基复合材料的延伸率一般低于5％。而纯铜基体的延伸率一般约30％，如此强韧性不匹配往往导致材料可承受的变形量较小，容易引发突然性的失效，限制了此类复合材料的应用范围。

发明内容

本发明是要解决现有方法制备的碳纳米管铜基复合材料存在强韧性不匹配的问题，提供一种碳纳米管铜基层状复合材料的制备方法。

本发明碳纳米管铜基层状复合材料的制备方法，包括以下步骤：

一、碳纳米管的酸化处理以及铜片的清洗：

取碳纳米管置于蒸馏水中，超声处理，去除制备过程中残留的杂质，取出碳纳米管烘干备用；将烘干的碳纳米管置于硫酸和硝酸的混合酸液中，进行超声处理2～3h，之后在硫酸和硝酸的混合酸液中浸泡22～24h，过滤，用蒸馏水进行清洗，直至溶液变为中性，取出碳纳米管进行烘干，得到表面引入活性基团的碳纳米管；其中混合酸液中硫酸和硝酸的体积比为(1～3):(1～3)；

将铜片放入体积百分浓度为9％～11％的硫酸溶液中进行清洗，之后在清水和酒精中依次进行清洗，吹干备用；

二、复合片的制备：

取硝酸铝颗粒和步骤一得到的碳纳米管，添加到酒精和丙酮的混合液中，进行超声处理6～7h，将步骤一清洗过的铜片做阴极，不锈钢片作为阳极，固定板间距和沉积电压，即在阴极得到沉积碳纳米管的复合片；

沉积时间的长短最终影响复合材料中碳纳米管的含量，本方法可通过控制沉积时间调整复合材料内部不同增强体含量变化。

三、复合材料的制备

层层堆叠复合片，在真空条件下进行烧结，之后对材料进行轧制变形，调控材料组织，得到具有层状结构的碳纳米管增强铜基复合材料；其中轧制的工艺参数为温度400-450℃，道次变形量5％-20％，累积变形量为60％-90％。

进一步的，步骤一中碳纳米管的长度为2-5μm，直径为10-50nm。

进一步的，步骤一中烘干的温度为100～105℃。

进一步的，步骤一中硫酸和硝酸的混合酸液中，硫酸和硝酸均为市售的浓硫酸和浓硝酸。

进一步的，步骤二中硝酸铝颗粒和碳纳米管的质量比为1:1。

进一步的，步骤二所述板间距为50～52mm。

进一步的，步骤二所述沉积电压为30～50V。