一种纳米铜包覆单晶蓝宝石纤维的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于复合材料领域，特别涉及一种纳米铜包覆单晶蓝宝石纤维的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 单晶蓝宝石纤维是一种具有一定长径比的单晶氧化铝纤维（晶须），它与半导体 衬底蓝宝石晶圆材料用途和制备方法完全不同。高熔点、高强度、高模量、耐强腐蚀是对第 三代先进复合材料的综合要求。而单晶蓝宝石纤维是目前满足综合要求的最佳选择。
[0003] 金属基复合材料的是通过选择优化组合金属基体或合金基体和增强物获得既具 有金属特性，又具有高比强度、高比模量、耐热、耐磨等的综合性能的材料。单晶蓝宝石晶须 (Single crystal sapphire Whisker)是在受控条件下培植生长的高纯度单晶体，其晶体 结构近乎完整，不含有晶粒界、位错、空洞等晶体缺陷，具有比重小、高强度、高熔点、高耐磨 量和高耐腐蚀性的物理性能，可以明显提高复合材料的比强度和比模量。单晶蓝宝石晶须 成为第三代先进复合材料的最佳选择。
[0004] 在金属中加入单晶蓝宝石晶须后，可以显著提高制品的弯曲弹性模量、抗拉强度、 尺寸稳定性和热畸变温度。用高比强度、比模量复合材料制成的构件质量小、刚性好、强度 高，是航空航天领域中理想的结构材料。可用作飞机涡轮发动机和火箭发动机热区和超音 速飞机的表面材料。无机晶须加入金属材料后，可以提高金属材料的各项性能，硼酸铝晶须 增强金属复合材料在金属合金行业已经获得成功应用，所得材料可用在发动机活塞、连杆， 压缩机气缸等耐热部件上(戴静，王敏，张金才.硼酸铝晶须在复合材料中的应用[J]化工 矿物与加工，2005,（10) : 36-38)。晶须在合金过滤器、压缩机叶片和航空等方面的应用也十 分广泛。
[0005] 金属基复合材料中基体占很尚比例，一般在60%以上，良好的导热性可以有效的 传热，减少构件受热后产生的梯度，迅速散热，这对尺寸稳定高的构件尤为重要。同时良好 的导电性可以有效防止飞行器构件产生静电聚集的问题。
[0006] 由于单晶蓝宝石晶须导热、导电性差，与金属的润湿性不好，不能与金属作用形成 牢固的粘接，限制了单晶蓝宝石晶须增强金属基复合材料的应用。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种利用包覆铜改性单晶蓝宝石晶须的方法，本发明可以 有效提高单晶蓝宝石晶须与金属复合时的浸润性，解决导电导热性差的问题。
[0008] 为实现以上目的，本发明的技术方案为： 一种纳米铜包覆单晶蓝宝石纤维的制备方法，包括：a、室温下，将硼氢化钠加入到稀氨 水中，搅拌l~5min，得到碱性硼氢化钠还原溶液；b、将单晶蓝宝石晶须加入到上述碱性硼 氢化钠溶液还原液中，用超声波清洗仪对含有单晶蓝宝石晶须的溶液超声分散处理，得到 含有单晶蓝宝石晶须的还原性混合液；c、在铜盐溶液中逐渐滴加稀氨水，则有浅蓝色的沉 淀生成，继续滴加氨水至沉淀完全溶解，此时即得深蓝色的含有铜氨络离子的溶液；d、利用 磁力搅拌仪搅拌，以5滴/min~10滴/min的速度向含有单晶蓝宝石晶须的还原性混合液中 加入含有铜氨络离子的溶液，直至单晶蓝宝石晶须变为红色为止，停止搅拌，得到纳米铜包 覆的单晶蓝宝石混合液；e、将反应后的单晶蓝宝石混合液过滤，洗涤，得到湿的纳米铜包覆 的单晶蓝宝石晶须；f、将湿的纳米铜包覆的单晶蓝宝石晶须进行干燥，可得到表面含有纳 米铜包覆的单晶蓝宝石晶须。
[0009] 所述步骤a中硼氢化钠与稀氨水的质量比为1:1~50,稀的氨水浓度为1~30% (w/v)〇
[0010] 步骤b中所述超声波清洗仪的温度为40~60 °C，处理时间为5~10min。
[0011] 步骤b中单晶蓝宝石晶须和硼氢化钠的质量比为
[0012] 步骤c中铜盐为硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、醋酸铜或它们的组合。
[0013] 所述铜盐的浓度为1~30% (w/v)，稀的氨水浓度为1~30% (w/v)，且所用铜盐 与单晶蓝宝石晶须的质量比为1~100: 1。
[0014] 步骤d中磁力搅拌仪的转速为250 r/min~500 r/min，向含有单晶蓝宝石晶须的 还原性混合液中加入含有铜氨络离子的溶液的速度为5滴/min~10滴/min。
[0015] 步骤e中将反应后的单晶蓝宝石混合液过滤后洗涤的方法为：去离子水洗涤2~5 次；步骤f中的干燥方法为：将湿的纳米铜包覆的单晶蓝宝石晶须在温度为60~100 °C下进 行干燥，干燥时间为3~9h。
[0016] -种金属复合材料，包括本发明所述的方法制得的纳米铜包覆改性单晶蓝宝石晶 须。
[0017] 本发明的有益效果是： (1)本发明旨在提供一种纳米铜包覆单晶蓝宝石晶须的方法，可以达到单晶蓝宝石晶 须表面98%的包覆率，铜包覆后的单晶蓝宝石晶须不仅保持原有的优良性能，还具有与金 属复合良好的浸润性，导电性导热性好。所得的铜包覆改性单晶蓝宝石晶须可以作为金属 基复合材料的增韧体。
[0018] (2)本发明的铜包覆改性单晶蓝宝石晶须的方法，实验过程操作简单，该工艺易 实现工业化，具有良好的应用前景。
[0019] (3)本发明的铜包覆改性单晶蓝宝石晶须的方法，原料便宜，来源广泛，而且具有 良好的环境效益和经济效益。
【具体实施方式】
[0020] 通过实施例进一步详述本发明。
[0021] 实施例1 (1)室温下，将IOg硼氢化钠加入到20g浓度为1~30% (w/v)的稀氨水中，搅拌 l~5min，得到碱性硼氢化钠还原溶液。
[0022] (2)将IOg单晶蓝宝石晶须加入到上述碱性硼氢化钠溶液还原液中。在温度为 40~60 °C的超声波清洗仪中对含有单晶蓝宝石晶须的溶液超声分散处理5~10min，得到含 有单晶蓝宝石晶须的还原性混合液。
[0023] (3)在40g20%的硫酸溶液中逐渐滴加稀氨水，则有浅蓝色的沉淀生成，继续滴加 氨水至沉淀完全溶解，此时即得深蓝色的含有铜氨络离子的溶液。
[0024] (4)利用磁力搅拌仪在转速为250 r / min~500 r / min的搅拌速度下，以5滴/ min~10滴/min的速度向含有单晶蓝宝石晶须的还原性混合液中加入含有铜氨络离子的溶 液，直至单晶蓝宝石晶须变为红色为止，停止搅拌，得到纳米铜包覆的单晶蓝宝石混合液。
[0025] (5)将反应后的混合液过滤，去离子水洗涤2~3次，得到湿的纳米铜包覆的单晶蓝 宝石晶须。
[0026] (6)将湿的纳米铜包覆的单晶蓝宝石晶须在温度为60~100°C下进行干燥，干燥时 间为3~9h，即可得到表面含有纳米铜包覆的单晶蓝宝石晶须。经测量，产率达85%，单晶蓝 宝石晶须表面含有17. 8%质量的金属铜，单晶蓝宝石晶须表面铜包覆率为88%。
[0027] 实施例2 (1)室温下，将20g硼氢化钠加入到30g浓度为1~30% (w/v)的稀氨水中，搅拌 l~5min，得到碱性硼氢化钠还原溶液。
[0028] (2)将IOg单晶蓝宝石晶须加入到上述碱性硼氢化钠溶液还原液中。在温度为 40~60 °C的超声波清洗仪中对含有单晶蓝宝石晶须的溶液超声分散处理5~10min，得到含 有单晶蓝宝石晶须的还原性混合液。
[0029] (3)在40gl0%的硫酸溶液中逐渐滴加稀氨水，则有浅蓝色的沉淀生成，继续滴加 氨水至沉淀完全溶解，此时即得深蓝色的含有铜氨络离子的溶液。
[0030] (4)利用磁力搅拌仪在转速为250 r / min~500 r / min的搅拌速度下，以5滴/ min~10滴/min的速度向含有单晶蓝宝石晶须的还原性混合液中加入含有铜氨络离子的溶 液，直至单晶蓝宝石晶须变为红色为止，停止搅拌，得到纳米铜包覆的单晶蓝宝石混合液。
[0031] (5)将反应后的混合液过滤，去离子水洗涤2~3次，得到湿的纳米铜包覆的单晶蓝 宝石晶须。
[0032] (6)将湿的纳米铜包覆的单晶蓝宝石晶须在温度为60~100°C下进行干燥，干燥时 间为3~9h，即可得到表面含有纳米铜包覆的单晶蓝宝石晶须。经测量，产率达90%，单晶蓝 宝石晶须表面含有19%质量的金属铜，单晶蓝宝石晶须表面铜包覆率为92%。
[0033] 实施例3 (1)室温下，将30g硼氢化钠加入到50g浓度为1~30% (w/v)的稀氨水中，搅拌 l~5min，得到碱性硼氢化钠还原溶液。
[0034] (2)将IOg单晶蓝宝石晶须