CN106164320B - 碳纳米管复合材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种碳纳米管复合材料(1)，包括：多晶物质构成的金属母材(10)，该多晶物质由多个对准同一方向的杆状的金属晶粒(11)组成；和碳纳米管导电路径(20)，其包括碳纳米管，并且在金属母材(10)的横断面上，其存在于杆状的金属晶粒(11)之间的颗粒边界(15)的一部分中并且呈现为沿着金属母材(10)的纵向(L)，从而在金属母材(10)的纵向上形成能够经其导电的导电路径。

Description

碳纳米管复合材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及碳纳米管复合材料及其制造方法。
背景技术
到目前为止，作为用于提高金属材料的强度的方法，已经进行了将与该金属材料的母体金属不同的第二金属与该金属材料混合的方法。然而，存在这样的问题：当金属材料与第二金属混合时，金属材料的导电率大幅度下降。
因此，碳纳米管复合材料引起了关注。碳纳米管具有高强度，并且另外，进行冲猾导，因此，可以预期的是，与金属材料相比，其强度和导电率将提高。现在，提出了各种碳纳米管复合材料。
例如，在专利文献1中，描述了一种复合材料线材，其具有细胞状结构，该细胞状结构包括：包括碳纳米管的分隔壁部；分隔壁内部，其由分隔壁部覆盖，并且由铝材料等构成。在该复合材料线材中，碳纳米管与铝材料的配比是0.2质量％以上至5质量％以下。
如下进行在专利文献1中描述的复合材料线材的制造。也就是说，首先，将包含铝粉、碳纳米管和弹性体的混合物经受热处理，从而使弹性体蒸发以得到多孔体。接着，使多孔体在罐中经受等离子体烧结，并且制作坯料(billet)。而且，将该坯料经受挤压成型，并且在500℃退火，从而得到复合材料线材。
引用列表
专利文献
专利文献1：日本未审查专利申请No.JP 2011-171291A
发明内容
然而，在专利文献1中描述的复合材料线材具有导电率低下的问题。这被认为是因为氧化膜形成在铝粉的各个粒子的表面上，从而增大了复合材料线材的电阻，以及因为多孔体或坯料中的空气间隙作为孔隙而剩余在复合材料线材中。
而且，在专利文献1中描述的复合材料线材已经具有这样的问题：在蒸发弹性体时产生的残渣残存在复合材料线材的表面上，从而使得容易降低复合材料线材的导电率。
此外，由于碳纳米管与铝材料的配比是0.2质量％以上至5质量％以下，所以在专利文献1中描述的复合材料线材已经具有碳纳米管的复合量大从而增加了生产成本的问题。
而且，在专利文献1中描述的复合材料线材要求大约四个小时用于蒸发弹性体和大约20分钟用于等离子体烧结的处理时间，并且已经具有其制造所需的时间长的问题。
鉴于上述情况而已经做出了本发明，并且本发明的目的是提供一种碳纳米管复合材料，该碳纳米管复合材料具有高导电率和小的碳纳米管的复合量。本发明的另一个目的是提供一种短时间的具有高导电率和小的碳纳米管的配合量的碳纳米管复合材料的制造方法。
解决问题的方案
本发明的第一方面提供了一种碳纳米管复合材料，包括：多晶物质构成的金属母材，其中多个杆状的金属晶粒朝向同一方向；和碳纳米管导电路径，其由碳纳米管构成，并且通过在所述金属母材的横断面上存在于杆状的金属晶粒之间的颗粒边界的一部分中并且沿着所述金属母材的纵向，而在所述金属母材的纵向上形成能够经其导电的导电路径。
本发明的第二方面提供了一种碳纳米管复合材料，其中，相对于所述金属母材，包含了0.1至1质量％的碳纳米管复合材料。
本发明的第三方面提供了一种碳纳米管复合材料的制造方法，包括：压坯形成步骤，通过将压力施加到包含金属粉末和碳纳米管的混合粉末而形成粉末压坯；和挤压处理步骤，在真空环境下，在400℃以上，并且以0.1至100s-1的应变率对所述粉末压坯进行挤压处理。
本发明的第四方面提供了一种碳纳米管复合材料的制造方法，其中，相对于所述金属粉末，所述混合粉末包含0.1至1质量％的碳纳米管。
本发明的第五方面提供了一种碳纳米管复合材料的制造方法，其中，在所述压坯形成步骤中施加于所述混合粉末的压力等于或大于所述混合粉末中的所述金属粉末的屈服应力且等于或小于所述混合粉末的最大应力。
有益效果
根据本发明的碳纳米管复合材料具有高导电率和小的碳纳米管的配合量。
根据本发明的碳纳米管复合材料的制造方法能够在短时间内制造具有高导电率和小的碳纳米管的配合量的碳纳米管复合材料。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的碳纳米管复合材料的一部分的透视图。
图2是示意性地示出沿着图1中的线A-A的截面的截面图。
图3是示意性地示出沿着图1中的线B-B的截面的截面图。
图4(A)和4(B)均是根据本发明的实施例的碳纳米管复合材料的横断面的透射电子显微镜(TEM)照片的实例。
图5是根据本发明的实施例的碳纳米管复合材料的纵向截面的扫描电子显微镜(SEM)照片的实例。
图6是根据本发明的实施例的碳纳米管复合材料的纵向截面的扫描电子显微镜(SEM)照片的另一个实例。
图7是示出压坯形成步骤的实例的视图。
图8是说明在压坯形成步骤中施加于混合粉末的压力的范围的图。
图9是示出挤压处理步骤的实例的视图。
参考标记列表
1 碳纳米管复合材料
10 金属母材
11 杆状的金属晶粒
15 颗粒边界
20 碳纳米管导电路径
50 混合粉末
60 粉末压坯
80 压坯形成容器
81 容器本体
83 腔部
90 挤压处理装置
91 装置本体
93 腔部
L 纵向
M 挤压方向
具体实施方式
[碳纳米管复合材料]
下面参考附图描述该实施例的碳纳米管复合材料。
图1是示出根据本发明的实施例的碳纳米管复合材料的一部分的透视图。注意，这样的碳纳米管复合材料1是在纵向上延伸的线材，并且图1仅示出了通过切割碳纳米管复合材料1的沿着该纵向L的两端而得到的一部分。图2是示意性地示出沿着图1中的线A-A的截面的截面图。图3是示意性地示出沿着图1中的线B-B的截面的截面图。
如图2和图3所示，该实施例的碳纳米管复合材料1包括：金属母材10；和碳纳米管导电路径20。
(金属母材)
金属母材10由多晶物质构成，在该多晶物质中，多个杆状金属晶粒11朝向同一方向。
例如，杆状的金属晶粒11由诸如铝、铝合金、铜和铜合金这样的金属制成。由于导电率高，所以优选这些类型的金属晶粒的金属。注意，杆状的金属晶粒11可能可以不可避免的杂质。杆状的金属晶粒11中的不可避免的杂质的浓度是10质量％以下。
在本发明中，杆状的金属晶粒11代表具有1以上的纵横比的杆状的金属晶粒。将纵横比定义为长边(杆状的金属晶粒的纵向长度)与短边(杆状的金属晶粒的横向长度)的比率。能够通过扫描电子显微镜(SEM)来测量纵横比。
杆状的金属晶粒11的截面形状不受特别限制。注意，图2示出了杆状的金属晶粒11的截面形状是六角形的情况；然而，杆状的金属晶粒11的截面形状可以是除了六角形之外的形状。
例如，杆状的金属晶粒11的长度是0.1至200μm。这里，杆状的金属晶粒11的长度表示杆状的金属晶粒的纵向长度。而且，关于杆状的金属晶粒11，例如，其晶粒的圆当量直径是0.1至100μm。这里，杆状的金属晶粒11的晶粒的圆当量直径表示杆状的金属晶粒11的横断面的平均晶粒直径。在杆状的金属晶粒11的长度和圆当量直径处于上述范围内的情况下，并且由于金属晶粒11更精细，所以金属母材10的强度更高。
金属母材10形成为这样的多晶物质，其中，这些杆状的金属晶粒11中的多个朝向同一方向，并且彼此相邻的杆状的金属晶粒11在颗粒边界上彼此结合。这里，多个杆状的金属晶粒11朝向同一方向表示杆状的金属晶粒11的纵向指向同一方向。
顺便提及，该实施例的碳纳米管复合材料1是通过沿着图1和图3所示的纵向L经受挤压处理而制造的。在图3中，多个杆状的金属晶粒11朝向与纵向L相同的方向。
多个杆状的金属晶粒11朝向与纵向L相同的方向的原因是：在制造时，通过挤压处理将未在特定方向上排列的金属晶粒拉制在同一方向上。
注意，虽然通过经受挤压处理而制造该实施例的碳纳米管复合材料1；然而，本发明的碳纳米管复合材料可以通过除了挤压处理之外的方法制造。
(碳纳米管导电路径)
如图2和图3所示，在碳纳米管复合材料1中，在杆状的金属晶粒11之间的颗粒边界15的一部分上，存在碳纳米管导电路径20。多个碳纳米管导电路径20形成在碳纳米管复合材料1中。
碳纳米管导电路径20由碳纳米管构成，并且在金属母材10的纵向上形成能够经其导电的导电路径。碳纳米管导电路径20由一个以上的碳纳米管构成。公知的碳纳米管能够用作构成碳纳米管导电路径20的碳纳米管。碳纳米管的直径是例如0.4至50nm。碳纳米管的平均长度是例如1μm以上。
作为构成碳纳米管导电路径20的各个碳纳米管，一个或两个以上的碳纳米管可以是以延伸状态存在，或者该碳纳米管可以是聚集成块状。
如图2所示，碳纳米管导电路径20在金属母材10的横断面上存在于杆状的金属晶粒11之间的颗粒边界15的一部分上。也就是说，在金属母材10的横断面上，碳纳米管导电路径20并非存在于杆状的金属晶粒11的整个颗粒边界15中。因此，碳纳米管导电路径20不具有覆盖杆状的金属晶粒11的周边的结构。而且，如图2所示，在存在多个碳纳米管导电路径20的情况下，通常地，碳纳米管导电路径20彼此间隔地存在。
注意，作为传统的碳纳米管复合材料，已知一种碳纳米管复合材料，其具有杆状的金属晶粒的整个周边由碳纳米管导电路径覆盖的所谓的细胞状结构。该细胞状结构是杆状的金属晶粒进入形成碳纳米管导电路径的细胞的结构。通常，细胞状结构形成为由多个细胞构成的蜂窝状结构，并且此外，以互相相邻的两个细胞互相结合从而共享壁面的方式构成。在该细胞状结构中，形成了碳纳米管导电路径存在于杆状的金属晶粒之间的整个颗粒边界上的结构。
相比之下，在根据该实施例的碳纳米管复合材料1中，在金属母材10的横断面上，碳纳米管导电路径20仅存在于杆状的金属晶粒11之间的颗粒边界15的一部分上，并且并非存在于整个颗粒边界15上。因此，在根据该实施例的碳纳米管复合材料1中，碳纳米管导电路径20不形成覆盖杆状的金属晶粒11的这种细胞，并且碳纳米管复合材料1具有与细胞状结构明显不同的结构。
如图3所示，碳纳米管导电路径20呈现为沿着金属母材10的纵向L，并从而在金属母材10的纵向上形成能够经其导电的导电路径。注意，在碳纳米管复合材料1中，碳纳米管复合材料20呈现为沿着金属母材10的纵向L连续、间断，或者既连续又间断。
例如，在图3中，三个碳纳米管导电路径20a、20b和20c呈现为沿着纵向L连续。这里，碳纳米管导电路径呈现为连续是表示：在纵向L上彼此相邻的碳纳米管导电路径20彼此接触。
而且，在图3中，碳纳米管导电路径20d、20e和20f呈现为沿着纵向L间断。这里，碳纳米管导电路径呈现为间断是表示：在纵向L上彼此相邻的碳纳米管导电路径20不彼此接触。
注意，关于碳纳米管导电路径20，该碳纳米管导电路径20的至少一部分需要沿着金属母材10的纵向L呈现。因此，不需要所有的碳纳米管导电路径20都沿着金属母材10的纵向L呈现。例如，在根据该实施例的碳纳米管复合材料1中，碳纳米管导电路径20的一部分的朝向不需要沿着金属母材10的纵向L。在这种情况下，碳纳米管复合材料1中的碳纳米管导电路径20的朝向变为随机的。
如上所述，在根据该实施例的碳纳米管复合材料1中，多个碳纳米管导电路径20不需要沿着金属母材10的纵向L连续地呈现。然而，由于金属母材10自身具有导电率，所以即使碳纳米管导电路径20彼此间隔，也能够使得通过该金属母材10导通。
在根据该实施例的碳纳米管复合材料1中，关于金属母材10，通常包含0.1至1质量％、优选地0.2至0.8质量％、更加优选地0.5至0.8质量％的碳纳米管导电路径20。这里，1质量％表示相对于100质量份的金属母材10包含1质量份的碳纳米管导电路径20。注意，100质量份的金属母材10与100质量份的杆状的金属晶粒11具有相同的意思。
当碳纳米管导电路径20的含量处于上述范围内时，变得容易实现如下情况：碳纳米管复合材料1变得在金属母材10的横断面上存在于杆状的金属晶粒11之间的颗粒边界15的一部分中。
注意，在具有传统的细胞状结构的碳纳米管复合材料中，碳纳米管导电路径形成细胞的壁面。因此，在具有传统的细胞状结构的碳纳米管复合材料中，碳纳米管导电路径的含量大致是1至5质量％。
相比之下，根据该实施例的碳纳米管复合材料1不采用细胞状结构，并且碳纳米管导电路径20仅需要在金属母材10的横断面上存在于杆状的金属晶粒11之间的颗粒边界15的一部分中。因此，根据该实施例的碳纳米管复合材料1能够减少碳纳米管导电路径20的含量。
关于根据该实施例的碳纳米管复合材料1，示出了截面照片的实例。图4(A)和4(B)均是根据本发明的实施例的碳纳米管复合材料的横断面的透射电子显微镜(TEM)照片的实例。图4(A)和4(B)均是碳纳米管复合材料1的横断面，即，通过沿着与碳纳米管复合材料1的纵向垂直的平面切割碳纳米管复合材料1而得到的截面的TEM照片的实例。注意，图4(A)和4(B)是相同的TEM照片，其中仅改变了指定的参考标记和标号。而且，图4是要在稍后描述的实例1的横断面的TEM照片。
如图4(A)所示，在碳纳米管复合材料1的横断面上，碳纳米管导电路径20存在于杆状的金属晶粒11之间的颗粒边界15的一部分中。
图4(B)是通过参考标号C示出图4(A)中的存在碳纳米管导电路径20的区域的照片。从图4(B)理解到：存在于由参考标号C表示的区域中的碳纳米管导电路径20并非存在于杆状的金属晶粒11之间的整个颗粒边界15中，而是存在于颗粒边界15的一部分中。
图5是根据本发明的实施例的碳纳米管复合材料的纵向截面的扫描电子显微镜(SEM)照片的实例。图6是根据本发明的实施例的碳纳米管复合材料的纵向截面的扫描电子显微镜(SEM)照片的另一个实例。也就是说，图5和6是碳纳米管复合材料1的纵向截面，即，通过沿着与碳纳米管复合材料1的纵向平行的平面切割碳纳米管复合材料1而得到的截面的SEM照片的实例。注意，图5和6是要在稍后描述的实例1的纵向截面的SEM照片。
具体地，图5是示出多个碳纳米管导电路径20形成为网状的状态的照片。而且，图6是示出多个碳纳米管导电路径20聚集成球状、并且不形成为网状的状态的照片。
如图5所示，碳纳米管导电路径20沿着金属母材10的纵向L呈现，并从而在金属母材10的纵向上形成能够经其导电的导电路径。注意，在碳纳米管复合材料1中，碳纳米管复合材料20呈现为沿着金属母材10的纵向L连续、间断，或者既连续又间断。例如，在图5中，三个碳纳米管导电路径201、20m和20n沿着纵向L连续地呈现。
在图6中，碳纳米管导电路径20p、20q、20r和20s由于碳纳米管的聚集的结果而形成为块状。能够根据碳纳米管导电路径20不形成为沿着纵向L延伸的形状的事实而确定碳纳米管导电路径20形成为块状的事实。而且，在图6中，两个碳纳米管导电路径20p和20q沿着纵向L间断。此外，在图6中，两个碳纳米管导电路径20r和20s沿着纵向L间断。
根据该实施例的碳纳米管复合材料1具有高导电率和小的碳纳米管的复合量。注意，认为碳纳米管复合材料1的导电率增加的原因是因为：由于碳纳米管复合材料1不具有细胞状结构，所以在制造碳纳米管复合材料1时，不需要使用弹性体，并且不存在由于弹性体的蒸发而产生的残渣。
[碳纳米管复合材料的制造过程]
接着，将参考附图描述根据该实施例的碳纳米管复合材料的制造过程。
根据该实施例的碳纳米管复合材料的制造过程包括：压坯形成步骤和挤压处理步骤。
(压坯形成步骤)
压坯形成步骤是通过将压力施加于包含金属粉末和碳纳米管的混合粉末而形成粉末压坯的步骤。
<金属粉末>
作为金属粉末，例如，使用铝粉末、铝合金粉末、铜粉末或铜合金粉末。由于导电率高，所以优选这些类型的金属粉末。金属粉末的平均粒子直径D50是例如1至500μm，优选地3至300μm。这里，D50表示中位直径。当金属粉末的平均粒子直径D50处于上述范围内时，容易得到该实施例的碳纳米管复合材料1。而且，金属粉末可以是平均粒子直径D50不同的多种类型的金属粉末的混合物。如果金属粉末是平均粒子直径D50不同的多种类型的金属粉末的混合物，则金属粉末粒子之间的间隙变小，并且因此，容易形成粉末压坯。
<碳纳米管>
作为碳纳米管，使用与在该实施例的碳纳米管复合材料中使用的碳纳米管相同的碳纳米管。注意，碳纳米管可以是预先通过使用酸洗涤而从其去除诸如铂和无定形碳这样的金属催化剂的碳纳米管，或者可以是预先通过预先经受高温处理而石墨化的碳纳米管。当对于碳纳米管进行如上所述的预处理时，能够提高碳纳米管的纯度和结晶度。除了这些之外的事项与在该实施例的碳纳米管复合材料中描述的事项相同，并且因此，省略其关于碳纳米管的描述。
<混合粉末>
混合粉末是包含金属粉末和碳纳米管的粉末。例如，通过将金属粉末和碳纳米管互相混合在诸如醇基溶剂这样的溶剂中并且蒸发溶剂的方法而得到该混合粉末。
关于金属粉末，混合粉末包含通常为0.1至1质量％，优选地0.2至0.8质量％，更加优选地0.5至0.8％质量％的碳纳米管。这里，1质量％表示相对于100质量份的金属粉末包含1质量份的碳纳米管。
在压坯形成步骤中，通过对上述混合粉末施加压力并且按压混合粉末而形成粉末压坯。在压坯形成步骤中，按压混合粉末，使得混合粉末中的金属粉末粒子之间的间隙能够变得最小。能够使用公知的方法作为对混合粉末施加压力的方法，并且例如，使用将混合粉末注入筒状的压坯形成容器内，并且其后在该容器中对混合粉末加压的方法。
在得到的粉末压坯中，碳纳米管通常存在于被按压的金属粉末粒子之间的间隙中。作为碳纳米管，只要碳纳米管存在于金属粉末粒子之间的间隙中，一个或两个以上的碳纳米管可以是以延伸状态呈现，或者可以是聚集成块状。
参考附图对压坯形成步骤进行描述。图7是示出压坯形成步骤的一个实例的视图。图7所示的压坯形成容器80是用于通过对混合粉末50施加压力而形成粉末压坯60的容器。压坯形成容器80由筒状的容器本体81构成，该容器本体81设置有在轴向上贯通容器本体81的柱状的腔部83。
在压坯形成步骤中，首先，将压坯形成容器80安装于底板(未示出)上。此时，压坯形成容器80安装成使得不能在该压坯形成容器80的底面与底板的表面之间产生间隙。接着，将混合粉末50注入到底部侧由底板封闭的所述压坯形成容器80的腔部83内。而且，通过参考标号F1的力使压力施加于腔部83中的混合粉末50，并且按压混合粉末50，从而形成粉末压坯60。
将在压坯形成步骤中通过参考标号F1的力而施加于混合粉末50的压力设定为等于或大于混合粉末50中的金属粉末的屈服应力，且等于或小于其最大应力。例如，在混合粉末50中的金属粉末是铝粉的情况下，将压力施加于混合粉末50，使得压力能够变得等于或大于铝粉的屈服应力且等于或小于其最大应力。如果将施加于混合粉末50的压力设定为等于或大于混合粉末50中的金属粉末的屈服应力且等于或小于其最大应力，则形成粉末压坯60，其中，按压混合粉末50，使得混合粉末50中的金属粉末件之间的间隙能够变得最小。
这里，屈服应力表示弹性变形与塑性变形之间的边界点处的应力。也就是说，对于诸如金属粉末这样的金属材料，通常地，在具有小应变量的区域中，应力随着应变量增大而成比例地增大(弹性变形)；然而，当应变量超过预定的应变量时，应力停止与应变量成比例地增大(塑性变形)。将该预定的应变量处的应力称为屈服应力。而且，最大应力表示弹性变形和塑性变形这两个区域的应力的最大值。金属材料的最大应力通常存在于塑性变形区域中。
参考附图对施加于混合粉末50的压力等于或大于金属粉末的屈服应力且等于或小于其最大应力的情况进行描述。图8是说明在压坯形成步骤中施加于混合粉末的压力的范围的图。具体地，图8是示出在金属粉末是纯Al(铝)的情况和金属粉末是铝合金的情况下的应力-应变曲线图的图。注意，图8的应力-应变曲线图是表示应力的轴由对数显示的半对数图。
如图8所示，在金属粉末由纯Al(铝)构成的情况下，屈服应力变为在点A1处的应力YS1，并且最大应力变为在点A2处的应力MS1。因此，在包含在混合粉末50中的金属粉末由纯Al(铝)构成的情况下，将在压坯形成步骤中施加于混合粉末50的压力设定为等于或大于屈服应力YS1且等于或小于最大应力MS1。注意，虽然示出图8的纯Al的应力-应变曲线上的0点与点A1之间的区域作为曲线示出，但是该区域是应力变得与应变量的增大成比例的弹性变形区域。将该区域示出为曲线的原因是因为图8是半对数图。
而且，在金属粉末由铝合金构成的情况下，屈服应力变为点B1处的应力YS2，并且最大应力变为点B2处的应力MS2。因此，在包含在混合粉末50中的金属粉末由铝合金构成的情况下，将在压坯形成步骤中施加于混合粉末50的压力设定为等于或大于屈服应力YS2且等于或小于最大应力MS2。注意，与上述0点与点A1之间的区域相似，图8的铝合金的应力-应变曲线上的0点与点B1之间的区域是弹性变形区域。
通常在常温下进行压坯形成步骤中的用于将压力施加于混合粉末50的过程。而且，压坯形成步骤中的将压力施加于混合粉末50的时间通常是5至60秒，优选地10至40秒。在该步骤中，混合粉末50不包含诸如需要几个小时的热处理的弹性体这样的有机物，并且实施通过按压混合粉末50而形成粉末压坯60的物理过程，并且因此，能够将对混合粉末50施加压力的时间设定为极短的时间。
当在压坯形成步骤中将预定范围内的压力施加于混合粉末50时，粉末压坯60由压坯形成容器80的腔部83中的混合粉末50形成。例如，粉末压坯60通过突出而从压坯形成容器80的腔部83排出。得到的粉末压坯60在作为下一个步骤的挤压处理步骤中使用。
(挤压处理步骤)
挤压处理步骤是在真空环境下，在400℃以上并且以0.1至100s-1的应变率进行粉末压坯60的挤压处理的步骤。
在挤压处理步骤中，粉末压坯60被加热并且经受挤压处理，从而得到碳纳米管复合材料1。能够将公知的方法用作实施粉末压坯60的挤压处理的方法，并且例如，使用了将粉末压坯60注入到筒状的挤压处理装置内，并且其后在该容器中加热粉末压坯60并且实施其挤压处理的方法。
将参考附图进行挤压处理步骤的描述。图9是示出挤压处理步骤的实例的视图。图9所示的挤压处理装置90是通过加热粉末压坯60并且实施其挤压处理而形成碳纳米管复合材料1的装置。挤压处理装置90包括：筒状的装置本体91，其设置有筒状的腔部93，粉末压坯60装入到腔部93内；和模具95，其设置在装置本体91的底部，并且排出挤压工件。
在挤压处理步骤中，装入到挤压处理装置90的腔部93内的粉末压坯60在真空环境下被加热，其后被施加参考标号F2的力，并且在挤压方向M上从模具95挤出。注意，可以将挤压处理步骤中的这样的气体环境设定为惰性气体环境来代替真空环境。
进行粉末压坯60的加热，使得粉末压坯60的温度能够变为通常400℃以上，优选地400至700℃，更加优选地400至660℃，再更加优选地400至650℃。如果粉末压坯60的温度小于400℃，则变得难以实施挤压处理。而且，如果粉末压坯60的温度超过660℃，则担心可能在碳纳米管复合材料1中产生碳化铝。
而且，进行粉末压坯60的加热，使得粉末压坯60的温度处于上述温度范围内的时间能够变为通常地0.3至5分钟，优选地0.5至3分钟。在该步骤中，粉末压坯60不包含要求几个小时的热处理的诸如弹性体这样的有机物，并且在该步骤中得到的碳纳米管复合材料1也不具有细胞状结构。因此，在该步骤中，能够将这样的粉末压坯60的加热时间设定为极短的时间。
挤压处理时受热的粉末压坯60的应变率通常是0.1至100s-1，优选地是0.3至3s-1。如果应变率处于该范围内，则得到的碳纳米管复合材料1变为设置有根据该实施例的碳纳米管复合材料的结构和特性的碳纳米管复合材料。
挤压处理时的挤压率通常是4以上。如果挤压率小于4，则担心粉末压坯60的烧结可能变得不充分。这里，挤压率表示粉末压坯60的横断面的截面积相对于作为挤压材料的碳纳米管复合材料1的横断面的截面积的比率。
通过上述挤压处理得到的碳纳米管复合材料1与该实施例的碳纳米管复合材料1具有相同或相似的结构。因此，省略碳纳米管复合材料1的描述。
根据该实施例的碳纳米管复合材料的制造方法能够在短时间内制造具有高导电率和小的碳纳米管的复合量的碳纳米管复合材料。注意，认为碳纳米管复合材料1的导电率增加的原因是因为：由于碳纳米管复合材料1不具有细胞状结构，所以在制造碳纳米管复合材料1时，不需要使用弹性体，并且不存在由于弹性体的蒸发而产生的残渣。而且，能够在短时间内制造碳纳米管复合材料1的原因是因为：不需要弹性体的蒸发操作，并且即使其中包括压坯形成步骤和挤压处理步骤，也能够在大约2分钟内制造碳纳米管复合材料1。
实例
下面将通过实例和比较例更加详细地描述本发明；然而，本发明不限于这些实例。
[实例1]
(压坯形成步骤)
首先，将具有99.9％的纯度和50μm的平均粒子直径D50的100质量份的铝粉和具有大约40nm的直径和大约5μm的平均长度的1质量份的碳纳米管在醇基溶剂中互相混合。其后，蒸发醇基溶剂，并且制备了包含铝粉和碳纳米管的混合粉末。
接着，将混合粉末注入到图7所示的压坯形成容器80的腔部83内，并且在常温(20℃)下对混合粉末施加压力20秒。注意，将等于或大于混合粉末中的铝粉的屈服应力且等于或小于其最大应力的压力施加于该混合粉末。结果，在压坯形成容器80的腔部83中形成粉末压坯。
(挤压处理步骤)
而且，将粉末压坯注入到图9所示的挤压处理装置90腔部93内，并且将模具95的设定温度设定为500℃并且在真空环境下保持大约2分钟，使粉末压坯经受挤压处理。在挤压处理中，将应变率设定为1s-1。而且，将挤压处理的挤压率设定为4。
在挤压处理结束之后，得到碳纳米管复合材料。得到的碳纳米管复合材料是这样的碳纳米管复合材料，其包括：由多晶物质构成的金属母材，在该多晶物质中，多个杆状的金属晶粒朝向同一方向；和碳纳米管导电路径，其由碳纳米管构成。碳纳米管导电路径是这样的碳纳米管导电路径，其通过在金属母材的横断面上存在于杆状的金属晶粒之间的颗粒边界的一部分中并且沿着金属母材的纵向，而在金属母材的纵向上形成能够经其导电的导电路径。
图4示出得到的碳纳米管复合材料的横断面的透射电子显微镜(TEM)照片。图4(A)和4(B)均是通过沿着碳纳米管复合材料1的横断面切割碳纳米管复合材料1而得到的碳纳米管复合材料1的截面的TEM照片的实例。注意，图4(A)和4(B)是相同的TEM照片，其中仅改变了指定的参考标记和标号。
从图4(A)理解到：在碳纳米管复合材料1的横断面上，碳纳米管导电路径20存在于杆状的金属晶粒11之间的颗粒边界15的一部分中。而且，从图4(B)理解到：存在于由参考标号C表示的区域中的碳纳米管导电路径20并非存在于杆状的金属晶粒11之间的整个颗粒边界15中，而是存在于颗粒边界15的一部分中。
图5和6示出得到的碳纳米管复合材料的纵向截面的扫描电子显微镜(SEM)照片。
从图5理解到：三个碳纳米管导电路径201、20m和20n沿着纵向L连续。而且，从图6理解到：碳纳米管导电路径20p、20q、20r和20s由于碳纳米管的聚集的结果而形成为块状。而且，从图6理解到：两个碳纳米管导电路径20p和20q沿着纵向L间断，并且两个碳纳米管导电路径20r和20s沿着纵向L间断。
(评估)
关于碳纳米管复合材料，根据JIS C3002来评估其导电率。关于导电率，通过在保持在20℃(±0.5℃)的恒温炉中使用四端子法来测量碳纳米管复合材料的比电阻，并且根据该比电阻来计算导电率。将测量比电阻时的端子间距离设定为1000mm。得到的结果在表格1中示出。
[实例2至4，比较例1和2]
除了混合粉末中的金属粉末和CNT(碳纳米管)相对于金属粉末的复合量改变之外，以与实例1相似的方式制造碳纳米管复合材料(实例2至4)或金属材料(比较例1和2)，如表格1所示。
关于得到的碳纳米管复合材料(实例2至4)和得到的金属材料(比较例1和2)，以与实例1相似的方式计算其导电率。得到的表格在表格1中示出。
从表格1中理解到：当通过使用相同的金属粉末制造的实例1和3的碳纳米管复合材料以及比较例1的金属材料互相比较时，实例1和3比比较例1提高了导电率。以相似的方式理解到：当通过使用相同的金属粉末制造的实例2和4的碳纳米管复合材料以及比较例2的金属材料互相比较时，实例2和4比比较例2提高了导电率。
日本专利申请No.2014-079352(2014年4月8日提交)的全部内容通过引用并入此处。
以上通过实施例描述了本发明；然而，本发明不限于此，并且能够在本发明的精神的范围内进行各种修改。
工业实用性
例如，能够将根据该实施例的碳纳米管复合材料用作汽车线束的线材。

Claims (2)

1.一种碳纳米管复合材料的制造方法，该方法包括：
压坯形成步骤，通过在常温下将压力施加到包含金属粉末和碳纳米管的混合粉末5至60秒而形成粉末压坯；和
挤压处理步骤，在真空环境下，在400℃以上0.3至5分钟，并且以0.1至100s-1的应变率对所述粉末压坯进行挤压处理，
其中，相对于所述金属粉末，所述混合粉末包含0.1至1质量％的所述碳纳米管，在所述压坯形成步骤中施加于所述混合粉末的压力等于或大于所述混合粉末中的所述金属粉末的屈服应力且等于或小于所述混合粉末中的所述金属粉末的最大应力，并且，所述金属粉末由铝、铝合金、铜或铜合金制成。
2.一种根据权利要求1的方法制造的碳纳米管复合材料，包括：
由多晶物质构成的金属母材，在所述多晶物质中，多个杆状的金属晶粒朝向同一方向；和
碳纳米管导电路径，该碳纳米管导电路径由碳纳米管构成，并且通过在所述金属母材的横断面上存在于所述杆状的金属晶粒之间的颗粒边界的一部分中并且沿着所述金属母材的纵向，而在所述金属母材的纵向上形成能够经其导电的导电路径，
其中，相对于所述金属母材，包含了0.1至1质量％的所述碳纳米管导电路径，并且
所述杆状的 金属晶粒由铝、铝合金、铜或铜合金制成。
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