[发明专利]一种碳纳米管增强铜基层状复合材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种碳纳米管增强铜基层状复合材料的制备方法，涉及复合材料技术领域。本发明所述方法包括以下步骤：首先对碳纳米管进行酸化、分散、抽滤成膜；将铜箔表面做净化处理，然后镀一层过渡族金属层，将碳纳米管膜与镀层后的铜箔进行叠加并预压，随后使用真空热压烧结炉烧结，再通过热轧和退火处理，最后获得碳纳米管增强铜基层状复合材料。本发明通过在铜表面镀过渡族金属层之后再与碳纳米管结合，制备出具有优良导电性能的碳纳米管增强铜基层状复合材料。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种碳纳米管增强铜基层状复合材料的制备方法。

背景技术

电接触材料被誉为电路的“心脏”，其作用是控制电路的分断和闭合。电接触材料应用领域十分宽泛，通常来说分为强电和弱电两大类。在强电领域，开关的每一次开闭动作都会伴随产生电弧放电、热效应等现象。作为直接接触电路的电触头，其材料性能优劣直接影响整条电路的安全和稳定运行。

铜作为人类最早使用的金属材料之一，因其具有良好的导电性和导热性，常常被用作电接触材料。但由于纯铜是柔软的金属，其强度、硬度较低，抗电弧侵蚀、耐机械磨损能力不足，限制了其在高压电接触领域的应用。

碳纳米管自1991年被发现后，就展现出其优异的性能。将碳纳米管与金属基体混合制成复合材料，可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性能及其他优异性能。

在制备金属基复合材料时，金属与增强体之间普遍存在润湿性很差，甚至不润湿等问题，一些增强体在基体中会发生团聚现象。因此，现有技术主要通过改变制备工艺来解决上述问题。如CN106282628A中公开了一种基于碳纳米管/铜粉混料，其利用等离子体烧结的方法(SPS)得到碳纳米管增强铜基复合材料，改善了碳纳米管与铜粉之间的润湿性，提高了界面的结合强度。在铜基复合材料中，加入不同的增强体，铜的强度也会有不同的提高。有研究表明在铜片上附着碳纳米管，再制备成层状复合材料可有效地提高其强度和韧性。如CN108034984A中公开了一种通过热压烧结及轧制工艺制备碳纳米管增强铜基层状复合材料的方法，制备出具有高强度、高韧性的碳纳米管增强铜基层状复合材料。通过此方法得到的复合材料会改变材料的断裂行为，增加断裂过程的能量消耗，因此可以使复合材料的强度和韧性提高。

获得优异的综合性能是大多数复合材料研究的最终目的，但在复合材料加入增强体后，虽然材料的强度能够得到提升，但往往伴随着导电率下降的问题产生。有研究表明通过复合电沉积的方法制备出的碳纳米管增强层状铜基复合材料，可使复合材料获得良好的综合性能。如CN109609984A中公开了一种碳纳米管增强铜基层状复合材料的制备方法，通过改变电镀过程中的电流密度调控碳纳米管在铜基体中的分布，使复合材料获得良好的综合力学性能。

但是，在碳纳米管增强铜基层状复合材料中，目前常用的一些制备方法依旧存在各种限制，如何提高增强体与铜基体之间的润湿性，制备出具有高强度、高韧性、高导电性的电接触复合材料仍是本领域的研发热点。

发明内容

为解决此问题，本发明提供了一种具有优良综合性能的碳纳米管增强铜基层状电接触复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将碳纳米管置于去离子水中进行超声清洗，去除杂质后烘干，备用；

(2)将步骤(1)中的碳纳米管置于浓硫酸和浓硝酸混合溶液中酸化处理4-6h；

(3)将步骤(2)中酸化后的碳纳米管置于含分散剂的去离子水中超声分散2-5h，超声功率为450W，随后进行磁力搅拌1-4h，抽滤成膜，备用；

(4)将铜箔置于浓度为10％的硫酸中进行清洗，再用去离子水清洗，烘干后备用；

(5)将步骤(4)中的铜箔使用PVD法镀一层过渡族金属；

(6)将步骤(3)中制备的碳纳米管膜转移到步骤(5)中处理后的铜箔表面；