[发明专利]一种碳纳米管增强铜钛合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳纳米管增强铜钛合金及其制备方法，属于复合材料的技术领域，首先在CNTs表面聚合生成聚多巴胺膜，与铜钛合金粉末进行低能球磨，再经过放电等离子体烧结得到最终的复合材料。本发明中CNTs的结构得以保留，且CNTs表面包覆的聚多巴胺膜提供C原子与Ti原子能够形成热力学稳定的TiC化合物，同时聚多巴胺膜的邻苯二酚官能团还能与金属铜发生强烈的螯合作用，生成连续的Cu₂O。并且CNTs在基体中没有出现大面积的团聚，最终所制得的复合材料在力学性能上得到了很大的提升，使其有着更广泛的应用领域。整体工艺简单，能够实现量产。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料领域，特别是涉及一种碳纳米管增强铜钛合金及其制备方法。

背景技术

碳纳米管(Carbon nanotubes，CNTs)因具有优异的性能而被视为复合材料的理想增强体，已成为材料科学领域的研究热点。铜基复合材料成为最具有发展前景的金属基复合材料之一，广泛应用于电触头、焊接电极、集成电路散热板等领域。碳纳米管的添加能在很大程度上提高铜基复合材料的综合性能，具有极强的研究价值和应用前景。然而，在CNTs增强金属基复合材料的研究中仍然面临许多问题，例如：CNTs的团聚以及CNTs和铜基体之间的界面润湿性差，如何改善上述问题成为当前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管增强铜钛合金及其制备方法，制备方法主要包含对碳纳米管表面处理，从而改善CNTs与Cu基体之间的界面润湿性；添加少量的Ti以形成TiC界面过渡相，其形成的TiC将Cu-Ti基体与CNTs紧密结合，从而发生牢固的界面结合，可显著提高复合材料的力学性能。该方法工艺设备简单，易于实现，所得的复合材料具有良好的综合性能。

为实现上述目的，本发明提供一种碳纳米管增强铜钛合金及其制备方法，具体技术方案如下：

本发明是技术方案之一：提供一种碳纳米管增强铜钛合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)对碳纳米管表面进行聚多巴胺包覆，经过滤、干燥后得到包覆聚多巴胺的碳纳米管(CNTs@PDA)；

(2)将步骤(1)中制备得到的CNTs@PDA和铜钛合金粉末混合，球磨后得到CNTs@PDA/Cu-Ti复合粉末；

(3)将步骤(2)中制备得到的CNTs@PDA/Cu-Ti复合粉末在真空环境中烧结，得到碳纳米管增强铜钛合金复合材料。

进一步的，步骤(1)中对碳纳米管表面进行聚多巴胺包覆的方法包括：将碳纳米管、盐酸多巴胺和5ml的三羟甲基氨基甲烷-HCl(Tris-Hcl)缓冲液放入300ml去离子水中，使得溶液中碳纳米管的浓度为0.1～0.15g/L，盐酸多巴胺的浓度为0.5～1g/L，采用氢氧化钠溶液调节混合液的pH值至8～10，将混合液放入黑暗环境中搅拌20～26h。

更进一步的，Tris-Hcl缓冲液的配置方法为，在100ml水中加入三羟甲基氨基甲烷盐酸盐，使其浓度为5g/L。

进一步的，步骤(2)中所述Cu-Ti合金粉末中Cu和Ti的质量比为99:1。

进一步的，步骤(2)中CNTs@PDA和Cu-Ti合金粉末的质量比为1:400。

进一步的，步骤(2)中所述的球磨转速为200～500rpm，球磨的时间为4～7h，球料比为10:1。

更进一步的，球磨过程中球磨0.5h，间歇0.5h，交替进行。

进一步的，步骤(3)中所述的烧结为等离子体烧。

进一步的，等离子体烧结工艺为：升温速率为100～150℃/min，温度为450～750℃，烧结压力为50MPa，保温时间为1～1.5min。

更进一步的，保温时间为1min。