[发明专利]一种金属包覆的碳纳米管增强金属基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种金属包覆的碳纳米管增强金属基复合材料的制备方法，制备方法包含以下步骤：先将粉末状的碳纳米管原位还原包覆金属，得到金属包覆的碳纳米管复合粉末，然后将金属包覆的碳纳米管复合粉末与金属粉末进行球磨混粉，制得金属包覆的碳纳米管/金属混合粉末；采用粉末冶金温压工艺，对金属包覆的碳纳米管/金属混合粉末进行温压成型，烧结，采用挤压、锻压和轧制等工艺进行复合材料加工成型制得。本发明采用金属包覆的碳纳米管作为增强体，提高了碳纳米管与金属接触相界相容性，制备方法简单，能得到一种具有很好的力学性能和热物理性能的金属包覆的碳纳米管增强金属基复合材料，有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种金属包覆的碳纳米管增强金属基复合材料的制备方法，属于复合材料的制备技术领域。

技术背景

碳纳米管(CNTs)自从发现以来，就以特殊的力学、热学、磁学和电学性能，使其在纳米电子、精密机械、医疗器件等诸多领域展现出了良好的应用前景。碳纳米管的抗拉强度可达50～200GP，是钢的100多倍，密度仅为1.35g/cm³，弹性模量高达1TPa，约为钢的5倍，被认为是最具前景的陶瓷、聚合物以及金属基复合材料的理想增强体，但是在增强金属基复合材料方面还存在许多困难。这其中的主要困难在于碳纳米管和它纳米材料一样具有很大的长径比、比表面积和比表面能，存在很大的范德华力，容易聚集缠结，很难在金属基体中均匀分散。另一方面，碳纳米管的表面活性较低，与金属基体的润湿性差，这造成了其与金属基体之间的界面结合较差。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。

为解决以上问题，如中国专利公开号CN 1804099A，发明名称为“碳纳米管金属基复合材料及其制备方法”，采用酸洗后的碳纳米管加入表面活性剂，之后镀镍、球磨、超声分散后挤压成预制块。如中国专利公开号CN 101619426A，名称为“碳纳米管增强铜基复合材料”的制备方法，采用了机械球磨法将碳纳米管断裂成所需要的碳纳米晶须，并对碳纳米晶须进行酸洗烘干，然后在再制备混合均匀的碳纳米晶须与铜粉的复合粉末。如中国专利公开号CN 102002652A，“碳纳米管增强金属基复合材料及其原位制备方法”，通过金属粉末表面包覆碳源物质和催化剂前驱物，后通过催化热解反应使金属表面原位生成碳纳米管，最后致密化处理得到原位生成的碳纳米管增强金属基材料。发明专利申请号201310578266.x公开了一种碳纳米管表面改性及分散方法，首先采用强碱和双氧水的混合溶液对碳纳米管的表面进行预处理，然后再用单宁酸对经预处理的碳纳米管进行改性处理，得到分散良好的碳纳米管。但是，同时该工艺过程要先采用强碱和双氧水进行预处理，工艺繁琐，且强碱、强氧化剂的使用存在一定的安全隐患。但上述的方法在制备过程中都存在诸如引入强酸强碱等不利于环境友好，反应温度过高，原位生成碳纳米管形态难以控制且效率较低和不利于工业化生产等问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于解决碳纳米管表面与金属基体之间的界面结合较差的问题，提供一种在碳纳米管表面原位还原包覆金属，再与金属复合从而制得一种金属包覆的碳纳米管增强金属基复合材料的制备方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种金属包覆的碳纳米管增强金属基复合材料的制备方法，该制备方法按以下步骤进行：

a将粉末状的碳纳米管表面原位还原包覆金属，得到金属包覆的碳纳米管复合粉末；

b将金属包覆的碳纳米管复合粉末与金属粉末进行球磨混粉，制得金属包覆的碳纳米管复合粉末/金属混合粉末；

c采用粉末冶金温压工艺，对金属包覆的碳纳米管/金属混合粉末进行温压成型，烧结，采用挤压、锻压和轧制等工艺进行复合材料加工成型，制得所述的金属包覆的碳纳米管增强金属基复合材料；

所述的碳纳米管表面原位还原包覆金属包括以下步骤:

a将粉末状的碳纳米管压片，其中片的厚度为0.01-0.1cm；