CN104988438B - 一种高强高导碳纳米管增强铜基复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高强高导碳纳米管增强铜基复合材料及其制备方法，属于复合材料及其制备的技术领域。其制法为：体积分数为0.1%～10%的镀镍/铜单壁碳纳米管与体积分数为90%～99.9%的纯铜粉或铜合金粉在无水乙醇中水浴超声搅拌、真空干燥后冷压成坯、保烧结、高温锻造、反复镦压、机加工、冷挤压，即得高强高导碳纳米管增强铜基复合材料。其优点为：本发明制备的复合材料中单壁碳纳米管在金属基体中分散均匀，且沿轴向取向排列。复合材料在碳纳米管取向方向上具有优良的宏观综合性能，包括力学性能、导热性、导电性，可广泛应用于电阻点焊电极、电弓滑板、集成电路引线框架、继电器支座等制备领域，尤其适用于点焊电极头的制备。
Description
技术领域
本发明属于复合材料及其制备的技术领域，具体涉及一种兼备优良的力学性能和传导性能的单壁碳纳米管增强铜基复合材料及其制备方法。
背景技术
在电力、电工电子、微波、航空航天、汽车等领域，很多零件如受电弓滑板、集成电路引线框架、继电器支座、微波管栅网、电阻点焊电极等要求所用材料的强度和硬度高，抗高温软化性能强，同时还要兼具高的电导率和热导率。这类高强高导材料的硬度一般在160～180HV以上，相对电导率在80％IACS以上。
虽然纯铜及铜合金的导热性、导电性良好，但室温及高温强度和硬度较低，耐磨性比较差，软化温度也低。当铜合金长时间处于1/3-1/2熔点温度下时，其强度、导电性和导热性通常会急剧恶化。如何在电导率和热导率不损失或损失不多的原则下，使纯铜或铜合金的力学性能及抗高温软化能力提高，是目前铜合金材料领域的研究热点和产业化的方向。
因此，亟需开发一种兼备优良的力学性能和传导性能的新型铜基复合材料。
单壁碳纳米管具有近乎完美的键合结构，理论和实验都证明了它在多方面的优异性能。根据石墨的导热系数估算出的碳纳米管轴向导热系数可高达3000～6600W/mK，是纯铜材料导热系数的十倍；单壁碳纳米管具有优良的导电性，如在n＝m(n,m表示碳纳米管上原子排列方向的两个基矢量)的方向，其电导率可达铜的1万倍；同时，碳纳米管还具有极高的长径比(≥1:103)，可通过加工手段控制其在基体中的分布与定向排列，使其有选择性地在特定方向上具有优异的力学性能、导热性、导电性等。此外，碳纳米管热稳定性好，在空气中温度973K以下基本无变化，在高温下力学性能、电学性能优异；单壁碳纳米管的杨氏模量理论可高5TPa，抗拉强度高达13～53GPa；碳纳米管复合材料还具有优异的耐磨性能，以及低的热膨胀系数(约为铜的一半)。这些都使碳纳米管成为理想的、可同时明显改善基体力学性能、导热性及导电性，减少摩擦系数及热膨胀系数的增强材料。
近年来，关于碳纳米管增强复合材料的报道激增，但多集中于聚合物基复合材料，而在铜基复合材料中的研究和实际应用，大多致力于提高力学性能。兼顾优良的力学性能和传导性能，制备综合性能优异的碳纳米管增强铜基复合材料的成功例子极少。
中国发明专利“气相沉积原位反应制备碳纳米管增强铜基复合材料的方法”(CN200610014783.4)公开了一种高强高导碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法。该方法在反应炉中进行Ni/Y/Cu催化剂前驱体的催化裂解反应，在铜粉基体上原位生长碳纳米管，将得到的碳纳米管/Cu复合粉末进行初压、烧结和复压，得到碳纳米管均匀分散的铜基复合材料。但该专利采用粉末冶金的方法，无法获得满密度复合材料，大量存在的小孔隙使复合材料的连续性中断，影响其载荷、电、热的传导。
中国发明专利“以镀铜碳纳米管增强受电弓滑板材料及其制备方法”(CN201110004880.6)公开了一种镀铜碳纳米管增强受电弓滑板材料的制备方法。该方法将Cu、CNTs、Ti3SiC2和TiB2四种原料混匀后，冷压、烧结、复压和二次烧结，极大改善了受电弓滑板材料的性能，该专利同样采用的是粉末冶金方法，仍然无法获得满密度复合材料，影响其载荷、电、热的传导。
中国发明专利“碳纳米管-金属复合增强铜基复合材料及其制备方法”(CN201410204775.0)公开了一种碳纳米管在0.1～2wt％的碳纳米管-金属复合增强铜基复合材料的制备方法。将含可溶性金属盐和铜盐、碳纳米管的溶胶喷雾造粒得到纳米粉末，煅烧、还原、等静压成型和烧结，虽然得到了综合性能优异的铜基复合材料，但该专利同样采用的是粉末冶金方法，仍然无法获得满密度复合材料，影响其载荷、电、热的传导。
德国的Sheikh M U等采用粉末冶金后热压烧结方法制备了碳纳米管增强青铜基复合材料，其硬度比基体提高47％，导电性提高20％(Sheikh M U,Tanvir M,Christoph W,et al.Effect of size and shape of metal particles to improve hardness andelectrical properties of carbon nanotube reinforced copper and copper alloycomposites[J].Composites Science and Technology,2010,70:2253-2257.)。但是其存在粉末冶金方法的不足，影响其载荷、电、热的传导。
中国发明专利“一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法”(CN201210095598.8)公开了一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法。该法将质量分数0.5％～10％的碳纳米管和85％～99.4％的纯铜粉及0.1～5％的助剂混合，球磨、还原退火、冷压和烧结，得到高强、高硬的碳纳米管增强铜基复合材料。但其所用高能球磨会损伤和打断碳纳米管，大大削弱了碳纳米管对复合材料导热导电性能的增强作用。
中国发明专利“一种微波烧结制备碳纳米管增强铜基复合材料的方法”(CN201410838790.0)将碳纳米管与纯铜粉球磨、压制成形、在微波中烧结后，挤压或轧制得到高密度、高强度的碳纳米管/铜基复合材料。但球磨会损伤和打断碳纳米管，从而会降低碳纳米管对复合材料的传导性能的改善效果。
湖南大学的陈小华采用溶液法、共沉淀法、复合球法、泡沫体法分散碳纳米管，并利用冷压、真空热压、热轧及熔渗等成形工艺制备出碳纳米管/铜块体纳米复合材料，硬度是铜基体的两倍，热膨胀系数仅为其六分之一左右，热导率维持在100W/mK以上(Chen X H,Li W H,Chen C S,et al.Preparation and properties of Cu matrix compositereinforced by carbon nanotubes[J].Transactions of Nonferrous Metals Societyof China,2005,15(2):314-318.)。
从国内外发表的文献来看，目前各种技术制备的碳纳米管增强铜基复合材料综合性能并不理想。
发明内容
本发明的目的是解决现有碳纳米管增强铜基复合材料的宏观综合性能、尤其是力学性能、导热性、导电性不理想的关键技术问题，为了克服上述碳纳米管增强铜基复合材料制备工艺的不足之处，提供一种实用、有效、可控的单壁碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，提高单壁碳纳米管在金属基体中的分散性和单壁碳纳米管与金属基体的界面结合，控制单壁碳纳米管在铜基体中的分布与排列，使其沿电流方向取向，进一步提高复合材料的导热、导电等性能。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种高强高导碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，包括步骤如下：
(1)将表面镀镍/铜的单壁碳纳米管分散到无水乙醇中，再加入纯铜粉或铜合金粉，水浴超声搅拌至无水乙醇全部蒸发，即得混合粉末；
(2)对步骤(1)制备的混合粉末进行真空干燥；
(3)将经步骤(2)干燥后的混合粉末放入冶金模具，在室温下冷压成坯；
(4)对步骤(3)制备的压坯依次进行气氛烧结、锻造、反复镦压和机加工处理；
(5)对经步骤(4)进行机加工处理后的坯料进行冷挤压，即得高强高导碳纳米管增强铜基复合材料。
所述步骤(1)中表面镀镍/铜的单壁碳纳米管与纯铜粉或铜合金粉的体积百分比为0.1～10％：90～99.9％。
所述步骤(1)中单壁碳纳米管平均直径为2～6nm，平均长度为5～30um。
所述步骤(1)中的水浴超声条件为：温度为40～60℃，频率为59Hz，功率为60-100W。
所述步骤(1)中的铜粉的粒度为200目，铜合金粉为CrZrCu粉或锡青铜粉。
所述步骤(2)中真空干燥的条件为：温度40～60℃，真空度不低于1.5×10-2MPa，干燥时间24～36小时。
所述步骤(3)中冷压成坯的条件为：压制方式为双向压制、单向压制或冷等静压，压力30～200MPa，保压时间5～15分钟。
所述步骤(3)中压坯的高度与直径之比不大于1:3。
所述步骤(3)中烧结的条件为：真空或氩气气氛，烧结温度850～1000℃，烧结时间2～4小时。
所述步骤(3)中锻造的条件为：锻造温度650～950℃，变形量为30～55％，使坯料的致密度达到90％以上。
所述步骤(3)中镦压的条件为：镦压温度20～180℃，变形量为30～50％，使坯料的致密度达到98％以上。
一种利用上述方法制备的高强高导碳纳米管增强铜基复合材料。
上述材料在点焊电极头中的应用。
本发明制备的高强高导碳纳米管增强铜基复合材料的硬度高于180HV，相对电导率在80％IACS以上。
高强高导碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，包括步骤如下：
(1)通过水浴超声的方式将纯铜粉或铜合金粉与表面镀镍/铜的单壁碳纳米管按体积百分比纯铜粉或铜合金粉90～99.9％，表面镀镍/铜的纯度为95％，平均直径为2～6nm，平均长度为5～30um的单壁碳纳米管0.1～10％在40～60℃无水乙醇中混合，不断搅拌至无水乙醇全部蒸发；
(2)将混合均匀的粉末放入真空干燥箱中，在温度40-60℃，真空度不低于1.5×10-2MPa下干燥24～36小时；
(3)将干燥后的粉末放入模具，在30～200MPa的压力下冷压成坯，保压5-15分钟，保压坯料的致密度达到70％以上；
(4)将压坯放入在真空烧结炉中，在氩气气氛，烧结温度为850～1000℃的条件下烧结2～4小时，随炉冷却；
将烧结后的压坯进行锻造，锻造温度为650～950℃，变形量为30～55％，坯料的致密度达到90％以上；
将锻后坯料沿同一方向反复镦压，镦压温度为20～180℃，变形量为30～50％，使碳纳米管在铜基体中沿轴向分布，同时纯铜或铜合金晶粒细化，形成织构，使坯料的致密度达到98％以上；
将镦压后的复合材料进行机加工，以获得断面尺寸为φ16的坯料；
(5)将机加工后的坯料进行冷挤压加工。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：制备工艺简单稳定，所制得的碳纳米管增强铜基复合材料，碳纳米管在纯铜粉或铜合金粉中分散均匀，与铜基体界面结合良好。材料的致密度＞98％，碳纳米管在材料中沿轴向分布，大幅提高了铜基复合材料的轴向力学性能及电学性能，硬度达到160HV～251HV，电导率根据成分不同在80.0～88.2％IACS之间。同时该制备方法也可以广泛应用于其它金属基碳纳米管复合材料的制备。
附图说明
图1为本发明实施例1中所用镀镍/铜单壁碳纳米管的扫描电镜照片(×150000)
图2为本发明实施例1中所制得的复合材料粉末烧结后的金相照片(×500)
图3为本发明实施例1中所制得的复合材料高温锻造后的金相照片(×500)
图4为本发明实施例1中所制得的复合材料沿一方向反复镦压后的金相照片(×500)
图5为高强高导碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法的流程图
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式及技术手段，还包括各具体实施方式间的任意组合。凡采用等同变换或是等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
实施例1：
将2.5mL镀镍/铜单壁碳纳米管(如图1所示，图1为镀镍/铜单壁碳纳米管的扫描电镜照片，可看出碳纳米管表面双金属镀层较均匀、连续，所用镀后碳纳米管有较大长径比。)溶于60mL无水乙醇中，单壁碳纳米管平均直径为2～6nm，平均长度为5～30um，然后将47.5mL的200目纯铜粉加入所得溶液中，在频率59Hz，功率60W，水浴温度为40℃的条件下，不断水浴超声配合机械搅拌至无水乙醇全部挥发，将混合均匀的粉末放入真空干燥箱中，在40℃，真空度为1.5×10﹣2MPa下干燥36小时。将干燥后的粉末放入粉末冶金模具中，在100MPa的压力下单向压制成直径为40mm，高度为12mm的圆柱形坯料，保压10分钟，致密度达到70.7％。将压坯放入氩气保护烧结炉中，以15℃/min的速度加热升温至350℃，保温15分钟，以15℃/min的速度继续加热升温至850℃，保温15分钟，以20℃/min的速度继续加热升温至950℃，烧结2小时，随炉冷却至室温。将烧结后的坯料(图2为烧结后坯料的金相照片，可看出碳纳米管在铜基体中分散均匀，晶粒大小较均匀。但经气氛烧结后的复合材料仍存在大量孔隙。)加热至850℃高温锻造，将坯料锻至尺寸为25mm×25mm×14mm，以提高致密度(图3为锻后坯料的金相照片，可看出锻后坯料内的孔隙大量减少，且孔隙尺寸明显减小。复合材料致密度大大提高，晶粒细小均匀。碳纳米管在铜基体中的分散更为均匀。)，变形量为50.2％，致密度达到93.7％，同时方便下一道工艺。将锻后坯料在180℃下沿一方向反复镦压拔长至端面尺寸为18mm×18mm(图4为镦压后坯料的金相照片，可看出镦压后未见孔隙存在，几乎达到满密度。晶粒被压扁拉长，碳纳米管及晶粒在铜基体中沿镦压方向排布明显。)，变形量为48.2％，致密度达到98.8％。通过机加工减径，使材料端面尺寸为Φ16，经冷挤压得到端面尺寸为Φ16的点焊电极头，其制备流程图如图5所示。
实施例2
将5mL镀镍/铜单壁碳纳米管溶于60mL无水乙醇中，单壁碳纳米管平均直径为2～6nm，平均长度为5～30um，然后将45mL的200目纯铜粉加入所得溶液中，在频率59Hz，功率60W，水浴温度为50℃的条件下，不断水浴超声配合机械搅拌至无水乙醇全部挥发，将混合均匀的粉末放入真空干燥箱中，在50℃，真空度为1.5×10﹣2MPa下干燥24小时。将干燥后的粉末放入粉末冶金模具中，在100MPa的压力下单向压制成直径为40mm，高度为12mm的圆柱形坯料，保压5分钟，致密度达到67.4％。将压坯放入氩气保护烧结炉中，以15℃/min的速度加热升温至350℃，保温15分钟，以15℃/min的速度继续加热升温至850℃，烧结4小时，随炉冷却至室温。将烧结后的坯料加热至650℃高温锻造，将坯料锻至尺寸为25mm×25mm×14mm，以提高致密度，变形量为50.2％，致密度达到91.5％，同时方便下一道工艺。将锻后坯料在20℃下沿一方向反复镦压拔长至端面尺寸为18mm×18mm，变形量为48.2％，致密度达到98.5％。通过机加工减径，使材料端面尺寸为Φ16，经冷挤压得到端面尺寸为Φ16的点焊电极头。
实施例3
将2.5mL镀镍/铜单壁碳纳米管溶于60mL无水乙醇中，单壁碳纳米管平均直径为2～6nm，平均长度为5～30um，然后将47.5mL的200目纯铜粉加入所得溶液中，在频率59Hz，功率100W，水浴温度为60℃的条件下，不断水浴超声配合机械搅拌至无水乙醇全部挥发，将混合均匀的粉末放入真空干燥箱中，在60℃，真空度为1.5×10﹣2MPa下干燥24小时。将干燥后的粉末放入粉末冶金模具中，在200MPa的压力下冷等静压成直径为40mm，高度为12mm的圆柱形坯料，保压15分钟，致密度达到65.4％。将压坯放入氩气保护烧结炉中，以15℃/min的速度加热升温至350℃，保温15分钟，以15℃/min的速度继续加热升温至850℃，保温15分钟，以20℃/min的速度继续加热升温至950℃，烧结2小时，随炉冷却至室温。将烧结后的坯料加热至900℃高温锻造，将坯料锻至尺寸为25mm×25mm×14mm，以提高致密度，变形量为50.2％，致密度达到92.0％，同时方便下一道工艺。将锻后坯料在20℃下沿一方向反复镦压拔长至端面尺寸为18mm×18mm，变形量为48.2％，致密度达到98.1％。通过机加工减径，使材料端面尺寸为Φ16，经冷挤压得到端面尺寸为Φ16的点焊电极头。
实施例4
将5mL镀镍/铜单壁碳纳米管溶于60mL无水乙醇中，单壁碳纳米管平均直径为2～6nm，平均长度为5～30um，然后将45mL的200目纯铜粉加入所得溶液中，在频率59Hz，功率60W，水浴温度为40℃的条件下，不断水浴超声配合机械搅拌至无水乙醇全部挥发，将混合均匀的粉末放入真空干燥箱中，在40℃，真空度为1.5×10﹣2MPa下干燥36小时。将干燥后的粉末放入粉末冶金模具中，在30MPa的压力下双向压制压成直径为40mm，高度为12mm的圆柱形坯料，保压5分钟，致密度达到68.9％。将压坯放入氩气保护烧结炉中，以15℃/min的速度加热升温至350℃，保温15分钟，以15℃/min的速度继续加热升温至850℃，烧结3小时，随炉冷却至室温。将烧结后的坯料加热至800℃高温锻造，将坯料锻至尺寸为25mm×25mm×14mm，以提高致密度，变形量为50.2％，致密度达到91.1％，同时方便下一道工艺。将锻后坯料在100℃下沿一方向反复镦压拔长至端面尺寸为18mm×18mm，变形量为48.2％，致密度达到98.4％。通过机加工减径，使材料端面尺寸为Φ16，经冷挤压得到端面尺寸为Φ16的点焊电极头。
实施例5
将1mL镀镍/铜单壁碳纳米管溶于60mL无水乙醇中，单壁碳纳米管平均直径为2～6nm，平均长度为5～30um，然后将19mL的200目纯铜粉加入所得溶液中，在频率59Hz，功率60W，水浴温度为50℃的条件下，不断水浴超声配合机械搅拌至无水乙醇全部挥发，将混合均匀的粉末放入真空干燥箱中，在50℃，真空度为1.5×10﹣2MPa下干燥36小时。将干燥后的粉末放入粉末冶金模具中，在100MPa的压力下单向压制压成直径为30mm，高度为7.5mm的圆柱形坯料，保压10分钟，致密度达到68.1％。将压坯放入氩气保护烧结炉中，以15℃/min的速度加热升温至350℃，保温15分钟，以15℃/min的速度继续加热升温至850℃，保温15分钟，以20℃/min的速度继续加热升温至1000℃，烧结2小时，随炉冷却至室温。将烧结后的坯料加热至950℃高温锻造，将坯料锻至尺寸为22mm×22mm×10mm，以提高致密度，变形量为31.4％，致密度达到92.4％，同时方便下一道工艺。将锻后坯料在180℃下沿一方向反复镦压拔长至端面尺寸为17mm×17mm，变形量为40.2％，致密度达到98.0％。通过机加工减径，使材料端面尺寸为Φ16，经冷挤压得到端面尺寸为Φ16的点焊电极头。
实施例6
将2mL镀镍/铜单壁碳纳米管溶于60mL无水乙醇中，单壁碳纳米管平均直径为2～6nm，平均长度为5～30um，然后将18mL的200目纯铜粉加入所得溶液中，在频率59Hz，功率80W，水浴温度为60℃的条件下，不断水浴超声配合机械搅拌至无水乙醇全部挥发，将混合均匀的粉末放入真空干燥箱中，在40℃，真空度为1.5×10﹣2MPa下干燥30小时。将干燥后的粉末放入粉末冶金模具中，在100MPa的压力下单向压制压成直径为30mm，高度为7.5mm的圆柱形坯料，保压5分钟，致密度达到66.5％。将压坯放入真空保护烧结炉中，以15℃/min的速度加热升温至350℃，保温15分钟，以15℃/min的速度继续加热升温至850℃，烧结4小时，随炉冷却至室温。将烧结后的坯料加热至750℃高温锻造，将坯料锻至尺寸为22mm×22mm×10mm，以提高致密度，变形量为31.4％，致密度达到93.2％，同时方便下一道工艺。将锻后坯料在180℃下沿一方向反复镦压拔长至端面尺寸为17mm×17mm，变形量为40.2％，致密度达到98.1％。通过机加工减径，使材料端面尺寸为Φ16，经冷挤压得到端面尺寸为Φ16的点焊电极头。
实施例7
将0.1mL镀镍/铜单壁碳纳米管溶于60mL无水乙醇中，单壁碳纳米管平均直径为2～6nm，平均长度为5～30um，然后将99.9mL的200目纯铜粉加入所得溶液中，在频率59Hz，功率60W，水浴温度为40℃的条件下，不断水浴超声配合机械搅拌至无水乙醇全部挥发，将混合均匀的粉末放入真空干燥箱中，在40℃，真空度为1.5×10﹣2MPa下干燥36小时。将干燥后的粉末放入粉末冶金模具中，在100MPa的压力下单向压制压成直径为40mm，高度为13mm的圆柱形坯料，保压5分钟，致密度达到65.2％。将压坯放入氩气保护烧结炉中，以15℃/min的速度加热升温至350℃，保温15分钟，以15℃/min的速度继续加热升温至850℃，保温15分钟，以20℃/min的速度继续加热升温至950℃，烧结2小时，随炉冷却至室温。将烧结后的坯料加热至850℃高温锻造，将坯料锻至尺寸为18mm×18mm×14mm，以提高致密度，变形量为50.2％，致密度达到92.1％，同时方便下一道工艺。将锻后坯料在180℃下沿一方向反复镦压拔长至端面尺寸为18mm×18mm，变形量为48.2％，致密度达到98.4％。通过机加工减径，使材料端面尺寸为Φ16，经冷挤压得到端面尺寸为Φ16的点焊电极头。
实施例8：
将2.5mL镀镍/铜单壁碳纳米管溶于60mL无水乙醇中，单壁碳纳米管单壁碳纳米管平均直径为2～6nm，平均长度为5～30um，然后将47.5mL的CrZrCu粉(其化学成分(质量分数,％)为：98.8Cu，1.0Cr，0.2Zr，Mg、Si微量)加入所得溶液中，在频率59Hz，功率60W，水浴温度为40℃的条件下，不断水浴超声配合机械搅拌至无水乙醇全部挥发，将混合均匀的粉末放入真空干燥箱中，在40℃，真空度为1.5×10﹣2MPa下干燥36小时。将干燥后的粉末放入粉末冶金模具中，在100MPa的压力下单向压制成直径为40mm，高度为12mm的圆柱形坯料，保压10分钟，致密度达到70.7％。将压坯放入氩气保护烧结炉中，以15℃/min的速度加热升温至350℃，保温15分钟，以15℃/min的速度继续加热升温至850℃，保温15分钟，以20℃/min的速度继续加热升温至950℃，烧结2小时，随炉冷却至室温。将烧结后的坯料加热至850℃高温锻造，将坯料锻至尺寸为25mm×25mm×14mm，以提高致密度，变形量为50.2％，致密度达到92.4％，同时方便下一道工艺。将锻后坯料在180℃下沿一方向反复镦压拔长至端面尺寸为18mm×18mm，变形量为48.2％，致密度达到98.4％。通过机加工减径，使材料端面尺寸为Φ16，经冷挤压得到端面尺寸为Φ16的点焊电极头。
实施例9：
将2.5mL镀镍/铜单壁碳纳米管溶于60mL无水乙醇中，单壁碳纳米管单壁碳纳米管平均直径为2～6nm，平均长度为5～30um，然后将47.5mL的QSn7-0.2锡青铜粉末(其化学成分(质量分数,％)为92～94Cu，6～8Sn,Pb、P、Al、Si、Sb、Bi微量)加入所得溶液中，在频率59Hz，功率60W，水浴温度为40℃的条件下，不断水浴超声配合机械搅拌至无水乙醇全部挥发，将混合均匀的粉末放入真空干燥箱中，在40℃，真空度为1.5×10﹣2MPa下干燥36小时。将干燥后的粉末放入粉末冶金模具中，在100MPa的压力下单向压制成直径为40mm，高度为12mm的圆柱形坯料，保压10分钟，致密度达到71.1％。将压坯放入氩气保护烧结炉中，以15℃/min的速度加热升温至350℃，保温15分钟，以15℃/min的速度继续加热升温至850℃，保温15分钟，以20℃/min的速度继续加热升温至950℃，烧结2小时，随炉冷却至室温。将烧结后的坯料加热至850℃高温锻造，将坯料锻至尺寸为25mm×25mm×14mm，以提高致密度，变形量为50.2％，致密度达到92.7％，同时方便下一道工艺。将锻后坯料在180℃下沿一方向反复镦压拔长至端面尺寸为18mm×18mm，变形量为48.2％，致密度达到98.5％。通过机加工减径，使材料端面尺寸为Φ16，经冷挤压得到端面尺寸为Φ16的点焊电极头。
表1实施例1-9所制备的复合材料性能对比表
由上表可以看出，通过本实验方法制备的碳纳米管铜基复合材料各项性能达到高强高导的要求。
Claims (8)
1.一种高强高导碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于包括步骤如下：
(1)将表面镀镍/铜的单壁碳纳米管分散到无水乙醇中，再加入纯铜粉或铜合金粉，水浴超声搅拌至无水乙醇全部蒸发，即得混合粉末；
(2)对步骤(1)制备的混合粉末进行真空干燥；
(3)将经步骤(2)干燥后的混合粉末放入冶金模具，在室温下冷压成坯；
(4)对步骤(3)制备的压坯依次进行气氛烧结、锻造、反复镦压和机加工处理；
(5)对经步骤(4)进行机加工处理后的坯料进行冷挤压，即得高强高导碳纳米管增强铜基复合材料；
所述步骤(3)中冷压成坯的条件为：压制方式为双向压制、单向压制或冷等静压，压力30～200MPa，保压时间5～15分钟；压坯的高度与直径之比不大于1:3。
2.根据权利要求1所述一种高强高导碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中表面镀镍/铜的单壁碳纳米管与纯铜粉或铜合金粉的体积百分比为0.1～10％：90～99.9％；单壁碳纳米管平均直径为2～6nm，平均长度为5～30um；铜粉的粒度为200目，铜合金粉为CrZrCu粉或锡青铜粉。
3.根据权利要求1或2所述一种高强高导碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的水浴超声条件为：温度为40～60℃，频率为59Hz，功率为60-100W。
4.根据权利要求1或2所述一种高强高导碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中真空干燥的条件为：温度40～60℃，真空度不低于1.5×10-2MPa，干燥时间24～36小时。
5.根据权利要求1所述一种高强高导碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中烧结的条件为：真空或氩气气氛，烧结温度850～1000℃，烧结时间2～4小时。
6.根据权利要求1或2所述一种高强高导碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中锻造的条件为：锻造温度650～950℃，变形量为30～55％，使坯料的致密度达到90％以上。
7.根据权利要求1或2所述一种高强高导碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中镦压的条件为：镦压温度20～180℃，变形量为30～50％，使坯料的致密度达到98％以上。
8.一种利用权利要求1-7任一项所述方法制备的高强高导碳纳米管增强铜基复合材料。
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