[发明专利]一种复合金属层镀覆碳纳米管/石墨烯复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种复合金属层镀覆碳纳米管/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：将碳纳米管和石墨烯混合均匀，进行预处理后加入分散剂中，再制成碳纳米管/石墨烯薄膜；在惰性气氛下，以薄膜作为基体，通入反应源气体六氟化钨和六氟化钼，通入还原性气体，反应得到镀覆钨钼的碳纳米管/石墨烯层状材料；将层状材料加入镀铜液中，再加入还原剂，反应得到复合金属层镀覆碳纳米管/石墨烯复合材料前驱体；将前驱体进行烧结，得到复合金属层镀覆碳纳米管/石墨烯复合材料。该方法通过在碳纳米管/石墨烯薄膜表面镀覆钨、钼，使碳与铜之间的界面润湿性得到了极大改善，增强了界面结合强度，提高了复合材料的力学性能、电学性能和耐摩擦性能。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，尤其涉及一种复合金属层镀覆碳纳米管/石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

随着电气化铁路的高速发展，对电力机车的受流部件性能要求更高。电力机车受电弓滑板是机车导入电能的重要受流部件。受电弓滑板是一种要求高导电、抗磨与减磨于一体的电接触材料。发达国家对于受电弓滑板材料的研究历史悠久，欧美国家在受电弓滑板材料的理论研究以及应用研究等方面均取得了较先进的成果。受电弓滑板主要经历了金属滑板、粉末冶金滑板、碳系滑板、复合滑板和导电陶瓷滑板阶段。铜/碳复合材料因具有优异的性能，成为高技术领域所必须的关键材料，被广泛应用于受电弓滑板和电刷等领域。目前，我国研发出的铜/碳复合材料在品种、性能、制备技术等方面与欧美发达国家还存在一定差距，因此研制高性能铜/碳复合材料是我国众多重点工程急需解决的问题。

影响铜/碳复合材料综合性能的主要因素是碳基材料本身的性能和铜与碳之间的界面问题。碳基材料本身结构强度和性能较差将会直接影响最终制备出的复合材料的性能；同时，铜与碳不发生化学反应或者扩散，它们之间的结合主要靠机械方式实现界面结合，并且结合力非常弱，而界面结合力极大程度上制约了铜/碳复合材料的应用。

目前，调控铜与碳基材料的界面结合力的主要方法是碳基材料表面改性。碳基材料表面改性是利用化学镀、电镀、磁控溅射、分子级共混等方法在碳基材料表面镀覆一种能与碳发生化学反应、扩散或互溶的金属层。但是现有的化学镀、电镀和分子级共混等方法中，由于不同金属盐溶液对于温度和还原剂的要求不同，均难以镀覆得到同时包含多种金属的复合金属镀层，且镀覆过程需要加入含镍、磷等元素的功能添加剂，如还原剂次亚磷酸盐，这会导致在复合材料中引入镍、磷等其他杂质元素，从而对复合材料的综合性能产生较大影响。而磁控溅射由于设备复杂，维护成本高等问题不易实现工业化生产。因此，为了提高铜与碳之间的界面结合力，提高铜/碳复合材料的综合性能，提供了一种新的铜/碳复合材料制备方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种复合金属层镀覆碳纳米管/石墨烯复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种复合金属层镀覆碳纳米管/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将碳纳米管和石墨烯混合均匀，得到混合物料；对混合物料依次进行酸化处理、敏化处理和活化处理，增强了碳基材料的表面活性，然后加入分散剂中，经超声处理后得到悬浮液，再经抽滤得到碳纳米管/石墨烯薄膜，制成薄膜可以防止气相沉积过程中粉体被惰性气体吹起污染整个反应仓，可以防止由于粉状纳米材料颗粒细小导致的容易被还原气流带走造成原料浪费的现象，有利于在碳材料表面均匀沉积镀覆金属层；

(2)在惰性气氛下，以步骤(1)后的碳纳米管/石墨烯薄膜作为基体，通入反应源气体六氟化钨和六氟化钼，通入还原性气体，进行化学气相沉积反应，得到镀覆钨钼的碳纳米管/石墨烯层状材料；

(3)将步骤(2)后的镀覆钨钼的碳纳米管/石墨烯层状材料加入镀铜液中，再加入还原剂，进行化学镀反应，反应完成后经洗涤、干燥得到复合金属层镀覆碳纳米管/石墨烯复合材料前驱体；