CN109797306A

CN109797306A - 一种碳纳米管-铜复合材料的制备方法

Info

Publication number: CN109797306A
Application number: CN201711147072.9A
Authority: CN
Inventors: 袁兵
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-11-17
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2019-05-24

Abstract

本发明公开了一种碳纳米管‑铜复合材料的制备方法，包括：(1)将一定量的碳纳米管加入pH为3.98～5.80的K₂HPO₄‑KH₂PO₄缓冲溶液中，在60～80℃条件下磁力搅拌1～2h，静置，过滤，取滤渣进行真空干燥，得到经表面改性的碳纳米管；(2)将上述经表面改性的碳纳米管与铜镍合金粉进行混合，加入无水乙醇，球磨5～15h，冷冻干燥，得到复合粉末；(3)将上述复合粉末在氢气气氛下进行预成型，然后将得到碳纳米管‑铜复合粉末在500～800℃惰性气氛条件下进行热压烧结，冷却，得到碳纳米管‑铜复合材料。本发明中的碳纳米管‑铜复合材料分散均匀，铜与碳纳米管结合良好，显著提高了铜基复合材料的电摩擦性能以及强度和抗冲击性，降低了铜基复合材料的密度。

Description

一种碳纳米管-铜复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种碳纳米管-铜复合材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管自1991年被日本NEC公司的科学家Iijima发现以来，便以其独特的一维结构和独特的电学、光学、储氢等性能深受广大学者的关注。碳纳米管具有极高的机械强度、理想的弹性、低的热膨胀系数、尺寸小等优良的特性使其成了最具潜力的增强体材料。

碳纳米管在增强高分子复合材料方面取得了很快的发展，但在增强金属基复合材料方面还存在许多困难。这其中的主要困难在于碳纳米管像其它纳米材料一样具有很大的长径比、比表面积和比表面能，存在很大的范德华力，容易聚集缠结，很难在金属基体中均匀分散。另一方面，碳纳米管的表面活性较低，与金属基体的润湿性差，这造成了其与金属基体之间的界面结合较差。这些因素会严重影响金属基复合材料的密度，及其力学、电学、摩擦磨损等性能，尤其是电摩擦磨损性能。在金属复合材料领域中，铜基复合材料被广泛用作电子元件材料、滑动材料、触头材料、热交换材料等。因此，碳纳米管在增强铜基复合材料方面最受关注。

为解决以上问题，目前一些研究致力于先对碳纳米管进行改性镀铜或者镀镍，然后再采用粉末冶金法制备碳纳米管增强铜基复合材料。但是对碳纳米管进行改性镀铜或镀镍，工艺复杂，能耗大。也有一些研究致力于采用强酸或者混酸对碳纳米管进行预处理，但是这种处理方式对碳纳米管具有一定的破坏作用，会将碳纳米管剪切为极短的碳纳米管，破坏其长径比，且常需要较高温度和较长时间，同时处理时容易产生污染性的气体。

为此，有必要针对上述问题，提出一种碳纳米管-铜复合材料的制备方法，其能够解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种碳纳米管-铜复合材料的制备方法，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种碳纳米管-铜复合材料的制备方法，包括：

(1)将一定量的碳纳米管加入pH为3.98～5.80的K₂HPO₄-KH₂PO₄缓冲溶液中，在60～80℃条件下磁力搅拌1～2h，静置，过滤，取滤渣进行真空干燥，得到经表面改性的碳纳米管；

(2)将上述经表面改性的碳纳米管与铜镍合金粉进行混合，加入无水乙醇，球磨5～15h，冷冻干燥，得到复合粉末；

(3)将上述复合粉末在氢气气氛下进行预成型，然后将得到碳纳米管-铜复合粉末在500～800℃惰性气氛条件下进行热压烧结，冷却，得到碳纳米管-铜复合材料。

优选的，步骤(1)中，所述碳纳米管的重量与K₂HPO₄-KH₂PO₄缓冲溶液的体积之比为0.05～0.5g:20～60mL。

优选的，步骤(2)中，所述铜镍合金粉中镍含量为0.3～5wt％。

优选的，步骤(3)中，所述碳纳米管-铜复合材料中，所述碳纳米管的含量为1.0～10wt％。

优选的，步骤(3)中，所述惰性气氛为氮气气氛。

优选的，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其组合。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中的碳纳米管-铜复合材料分散均匀，铜与碳纳米管结合良好，显著提高了铜基复合材料的电摩擦性能以及强度和抗冲击性，降低了铜基复合材料的密度。

具体实施方式

本发明通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。

本发明公开一种碳纳米管-铜复合材料的制备方法，包括：

步骤(1)中，所述碳纳米管的重量与K₂HPO₄-KH₂PO₄缓冲溶液的体积之比为0.05～0.5g:20～60mL，优选的，所述碳纳米管的重量与K₂HPO₄-KH₂PO₄缓冲溶液的体积之比为0.25g:50mL。

上述步骤(2)中，所述铜镍合金粉中镍含量为0.3～5wt％，优选的，所述铜镍合金粉中镍含量为2.0wt％。

上述步骤(3)中，所述碳纳米管-铜复合材料中，所述碳纳米管的含量为1.0～10wt％，优选的，所述碳纳米管-铜复合材料中，所述碳纳米管的含量为5.0wt％；所述惰性气氛为氮气气氛。

上述各步骤中，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其组合。

实施例

1、制备碳纳米管-铜复合材料

(1)将0.25g碳纳米管加入50mLpH为4.98的K₂HPO₄-KH₂PO₄缓冲溶液中，在60℃条件下磁力搅拌2h，静置，过滤，取滤渣进行真空干燥，得到经表面改性的碳纳米管；

(2)将上述经表面改性的碳纳米管与镍含量为2.0wt％的铜镍合金粉进行混合，加入无水乙醇，球磨10h，冷冻干燥，得到复合粉末；

(3)将上述复合粉末在氢气气氛下进行预成型，然后将得到碳纳米管-铜复合粉末在800℃氮气气氛条件下进行热压烧结，冷却，得到碳纳米管-铜复合材料。

根据上述方法制备得到的碳纳米管-铜复合材料中，所述碳纳米管的含量为5.0wt％。

其中，所述碳纳米管为可以为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的组合。

本发明中的碳纳米管-铜复合材料分散均匀，铜与碳纳米管结合良好，显著提高了铜基复合材料的电摩擦性能以及强度和抗冲击性，降低了铜基复合材料的密度。

最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims

1.一种碳纳米管-铜复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的碳纳米管-铜复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳纳米管的重量与K₂HPO₄-KH₂PO₄缓冲溶液的体积之比为0.05～0.5g:20～60mL。

3.根据权利要求1所述的碳纳米管-铜复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述铜镍合金粉中镍含量为0.3～5wt％。

4.根据权利要求1所述的碳纳米管-铜复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述碳纳米管-铜复合材料中，所述碳纳米管的含量为1.0～10wt％。

5.根据权利要求1所述的碳纳米管-铜复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述惰性气氛为氮气气氛。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的碳纳米管-铜复合材料的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管为单壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其组合。