[发明专利]一种碳纳米管/金属基复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管/金属基复合材料及其制备方法，它是以聚乙烯醇作为粘结剂对金属粉末表面进行改性，使金属颗粒表面增加粘性或胶性，然后在改性后的金属粉末中再加入碳纳米管溶液，经干燥得到碳纳米管/金属复合粉体，碳纳米管/金属复合粉体经热解去除聚乙烯醇后再经过烧结即可。本发明采用聚乙烯醇对金属粉体进行表面改性，在改性后的粉末中再加入碳纳米管溶液后，使得碳纳米管均匀粘附在粉末表面，增强了金属粉体与碳纳米管的结合力，然后进行热解去除聚乙烯醇，实现了碳纳米管与金属粉体的很好的结合。

技术领域

本发明属于金属基复合材料的制备技术领域，尤其涉及一种碳纳米管/金属基复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纳米管可看成是由石墨片层卷曲起来形成的中空但两头闭合的管状物质。碳纳米管经sp2杂化与周边的3个碳原子键合形成六边形的圆柱体。根据管壁层数的不同，碳纳米管可以分为单壁碳纳米管(SWCNT)、双壁碳纳米管(DWCNT)和多壁碳纳米管(MWCNT)。其中，多壁碳纳米管(MWCNT)是由多个石墨片层卷曲嵌套起来的，它具有极高的模量和强度，其杨氏模量与金刚石相当，约为1.8TPa。MWCNT的轴向热膨胀系数接近于0，因此它具有极好的热导率。碳纳米管由于具有石墨片层的结构，它也有极好的耐磨性和自润滑性。将碳纳米管和金属复合，获得碳纳米管分布均匀的金属基复合材料，可以充分发挥碳纳米管的优异性能，有效提升金属基复合材料的强度、韧性等综合性能，并且碳纳米管具有较好的导电和导热性能，满足碳纳米管在特定场合下的应用需求。

如中国专利申请号200710124548.7介绍了一种镁基-碳纳米管复合材料的制造方法，将镁熔体和碳纳米管混合得到一混合浆料，将上述混合浆料注入模具中，得到一预制体，将上述预制体加热至300-450℃后，再进行挤压成型处理，制得镁基-碳纳米管复合材料。中国专利申请号200910020186.6公开了一种钛铝金属间化合物-碳纳米管复合材料的制备方法，将体积百分含量为1％～5％的碳纳米管粉末与体积百分含量为95％～99％的钛铝母合金粉末进行混合并研磨，干燥，得复合粉末，然后采用熔化烧结的方法制备出钛铝金属间化合物-碳纳米管复合材料。但在实际应用中，碳纳米管易团聚的现象制约了它在金属基复合材料中的应用。碳纳米管管束之间过大的范德华力使管与管之间极易形成束状结构，再就是由于碳纳米管与金属之间性质差异较大，导致碳纳米管与金属之间不能很好的复合。据国内外文献报告发现，大多数采用高能球磨法进行混合。这种方法确实达到了一定的效果，但也存在了弊端。球磨时间过短达不到均匀的分散效果，球磨时间过长使碳纳米管结构被破坏，同时还混入了磨球中的杂质。

针对这一现状，中国专利申请号200410013069.4通过使用醇溶剂氧化或还原的方法获得纳米颗粒甚至量子点均匀分布的金属/碳纳米管复合材料。中国专利申请号02160191.7公开了一种在纳米管表面负载纳米单金属离子的方法。这两个技术虽然实现了碳纳米管与金属之间较好的复合，其它们作用机理均是：选用金属盐或金属氧化物作为金属来源，将醇作为氧化剂或者还原剂引入到体系中进行化学反应，这种化学的手段势必会导致化学物残留，使用强酸强碱造成碳管表面损伤，所以无法推广使用。

发明内容

为了解决碳纳米管在碳纳米管/金属基复合材料中分散性差的问题,本发明提供一种对碳管表面没有损伤的碳纳米管/金属基复合材料。

本发明同时这种材料的制备方法。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种碳纳米管/金属基复合材料，其特征在于，它是以聚乙烯醇作为粘结剂对金属粉末表面进行改性，使金属颗粒表面增加粘性或胶性，然后在改性后的金属粉末中再加入碳纳米管溶液，经干燥得到碳纳米管/金属复合粉体，碳纳米管/金属复合粉体经热解去除聚乙烯醇后再经过烧结即可。

本发明碳纳米管/金属基复合材料的制备方法步骤如下：

第一步：制备碳纳米管溶液