[发明专利]一种三维结构纳米碳材料增强铜基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种三维结构纳米碳材料增强铜基复合材料的制备方法，该方法过程为：将预处理后的氧化石墨烯和预处理后的羧基化碳纳米管混匀进行酰胺化反应，得到三维结构GO‑多氨基化合物‑CNTs纳米碳材料，然后分散在含有Cu(Ac)₂的氨水溶液中并滴入氢氧化钠溶液反应，得到三维结构GO‑多氨基化合物‑CNTs/CuO颗粒，再依次经还原和放电等离子烧结，得到三维结构纳米碳材料增强铜基复合材料。本发明采用多氨基化合物将氧化石墨烯与羧基化碳纳米管连接，抑制了氧化石墨烯的聚集，解决了石墨烯和碳纳米管在铜基体中分散和润湿性差的问题，改善了三维结构碳纳米材料增强铜基复合材料的力学性能，适合于实际应用。

技术领域

本发明属于金属基复合材料制备技术领域，具体涉及一种三维结构纳米碳材料增强铜基复合材料的制备方法。

背景技术

铜是人类生产生活中最重要的金属之一，具有良好的导电导热性能、高耐蚀性、易于成型性等优点，在能源化工、航空航天、舰船制造、电子工业、交通运输等领域有广泛应用。近年来，伴随着电子、高铁、印刷产业的蓬勃发展，对铜合金需求量日益增加，相应的对其性能提出更高要求。为满足实际需求，在保证优良导电、导热、耐蚀性能的同时，要求铜合金具有更高强度、硬度和耐磨性。

金属基复合材料作为先进复合材料的重要分支，支撑着我国高新技术产业、国防工业的跨越式发展，发展前景广阔。金属基复合材料具有单一材料无法比拟的优越性能，如可设计性、结构整体化、经济效益最大化及功能多样性等特性。将高性能石墨烯、碳纳米管及其衍生物等增强体加入金属基体中，作为增强相承担金属基体传递的载荷，从而降低了金属基体本身所承受的载荷，因此纳米碳材料增强金属基纳米复合材料具有良好的力学、导热导电、耐磨损等性能，在强化金属基复合材料领域引起了广泛的研究兴趣。

目前，根据碳材料分散方法的不同，复合材料制备方法可分为球磨法、半粉末冶金法、分子水平混合法、碳材料原位生长、电化学还原法等。纳米碳材料增强铜基纳米复合材料所面临的难题包括四个方面：碳材料在金属基体的分散均匀性和结构完整性难以同时满足、碳材料在制备过程中的易于团聚、碳材料对金属基体的润湿性差、制备方法繁琐，难于产业化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种三维结构纳米碳材料增强铜基复合材料的制备方法。该方法采用多氨基化合物将氧化石墨烯与羧基化碳纳米管连接，利用曲折的羧基化多壁碳纳米管与氧化石墨烯构成混合的三维结构抑制氧化石墨烯的聚集，解决了石墨烯和碳纳米管在铜基体中分散和润湿性差的问题，改善了三维结构碳纳米材料增强铜基复合材料的力学性能，得到一种高强度、高导电、高导热、低膨胀的三维结构纳米碳材料增强铜基复合材料。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种三维结构纳米碳材料增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、三维结构纳米碳材料的合成：将氧化石墨烯和羧基化碳纳米管分别进行预处理，并将预处理后的氧化石墨烯和预处理后的羧基化碳纳米管通过超声分散在DMF中并混合均匀，然后在室温下磁力搅拌进行酰胺化反应，再依次经过滤、洗涤和冷冻干燥，得到三维结构GO-多氨基化合物-CNTs纳米碳材料；

所述氧化石墨烯预处理的具体过程为：将氧化石墨烯GO通过超声分散在DMF中，然后依次加入活化剂EDC和稳定剂NHS，在室温下搅拌进行活化，再依次经过滤和洗涤，得到活化后的GO即f-GO，向f-GO加入过量的多氨基化合物并超声分散，在室温下磁力搅拌进行酰胺化反应，再依次经过滤和洗涤，得到GO-多氨基化合物；

所述羧基化碳纳米管预处理的具体过程为：将羧基化碳纳米管CNTs-OOH通过超声分散在DMF中，然后依次加入活化剂EDC和稳定剂NHS，在室温下搅拌进行活化，再依次经过滤和洗涤，得到f-CNTs；