本发明涉及有色金属复合材料技术领域，特别是涉及一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法。
背景技术
铜及铜合金材料由于具有良好的导电、导热、耐腐蚀性以及良好的塑性加工性能和较高的强度，目前广泛应用于电力电缆、电工、电机、高端装备制造等工业部门。由于铜及铜合金材料强度和硬度较钢铁材料差距较大，而且在自然界含量较少，因此，随着科技和工业的进步，对铜及铜合金的力学性能提出了更高的要求。因此，开发具有高的强度，同时又具有优良的塑性加工性能的铜合金十分必要。
作为新兴的一维碳材料，碳纳米管被越来越多的用来作为金属基复合材料的增强体。但是，由于其本身的纳米尺度，相互之间严重的范德华力作用，使得碳纳米管及其容易相互缠结。同时由于碳纳米管与金属之间较差的润湿性，因此极难在金属基体中实现均匀分散。
现有的制备铜基复合材料的方法主要是粉末冶金，原位自生等，共同的特点是碳纳米管在材料内部三维空间中的均匀分散，在材料强度提升的同时，往往引起塑性以及韧性的降低，限制了此类复合材料的应用范围。
技术实现要素：
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法。
本发明采用的技术方案是：
一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)碳纳米管的酸化处理：将碳纳米管置于酸液中在温度为70-80℃条件下超声分散处理30-60min，经过滤、洗涤、干燥后得到表面引入活性基团的碳纳米管，所述酸液为浓硫酸和浓硝酸的混合酸液；
(2)碳纳米管的分散：将步骤(1)中所述表面引入活性基团的碳纳米管加入到庚烷和石蜡溶液中，所述石蜡与庚烷的质量体积比为0.5-1g/100ml，磁力搅拌均匀后，在70-80℃条件下超声分散15-30min，干燥后，得到碳纳米管-石蜡混合物；
(3)碳纳米管的溶解：将步骤(2)中所述碳纳米管-石蜡混合物与粘结剂在z型桨式混合机混合，混合温度控制在150-160℃，所述粘结剂为聚乙烯和硬脂酸；
(4)注射成型：将铜粉加入到步骤(3)中所述混合机中混合均匀后，将得到的碳纳米管-铜粉-粘结剂加入到注射成型机中进行成型得到碳纳米管-铜粗品；
(5)脱脂和烧结：将步骤(4)中得到的碳纳米管-铜粗品浸入到庚烷中脱脂去除粘结剂，然后进行热压烧结或放电等离子烧结处理，得到碳纳米管增强铜基复合材料，所述碳纳米管增强铜基复合材料中碳纳米管与铜的体积比为1-5:100。
本发明所述的碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其中，步骤(1)中所述碳纳米管为多壁碳纳米管，所述碳纳米管的直径为10-60nm，长6-10μm；步骤(4)中所述铜粉的粒径为10-15μm。
本发明所述的碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其中，步骤(1)中所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为3:1-2。
本发明所述的碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其中，步骤(3)中所述粘结剂与所述碳纳米管-石蜡混合物的体积比:0.2-0.5：10；所述聚乙烯和硬脂酸的质量比为1:2-5。
本发明所述的碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，其中，步骤(5)中热压烧结或放电等离子烧结处理的温度为750-900℃，热压烧结或放电等离子烧结处理的时间为15-25min，热压烧结或放电等离子烧结的压力为50-200mpa。
本发明有益效果：
本发明所述的碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，通过加入粘结剂，改善了碳纳米管与金属之间的润湿性，提高界面结合强度，从而解决了碳纳米管在铜基体中的团聚问题；采用热压烧结或放电等离子烧结技术，并通过调节控制烧结过程中的参数，制备出致密性优良、强度高、韧性好以及电导率高的碳纳米管增强铜基复合材料。
下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
实施例1
一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)碳纳米管的酸化处理：将碳纳米管置于酸液中在温度为70℃条件下超声分散处理60min，经过滤、洗涤、干燥后得到表面引入活性基团的碳纳米管，所述酸液为浓硫酸和浓硝酸的混合酸液；所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为3:1；所述碳纳米管为多壁碳纳米管，所述碳纳米管的直径为10-60nm，长6-10μm；
(2)碳纳米管的分散：将步骤(1)中所述表面引入活性基团的碳纳米管加入到庚烷和石蜡溶液中，所述石蜡与庚烷的质量体积比为1g/100ml，磁力搅拌均匀后，在70-80℃条件下超声分散15min，干燥后，得到碳纳米管-石蜡混合物；
(3)碳纳米管的溶解：将步骤(2)中所述碳纳米管-石蜡混合物与粘结剂在z型桨式混合机混合，混合温度控制在150-160℃，所述粘结剂与所述碳纳米管-石蜡混合物的体积比:0.5：10，所述粘结剂为聚乙烯和硬脂酸，所述聚乙烯和硬脂酸的质量比为1-5；
(4)注射成型：将铜粉加入到步骤(3)中所述混合机中混合均匀后，将得到的碳纳米管-铜粉-粘结剂加入到注射成型机中进行成型得到碳纳米管-铜粗品；所述铜粉的粒径为10-15μm；
(5)脱脂和烧结：将步骤(4)中得到的碳纳米管-铜粗品浸入到庚烷中脱脂去除粘结剂，然后进行热压烧结或放电等离子烧结处理，得到碳纳米管增强铜基复合材料，所述碳纳米管增强铜基复合材料中碳纳米管与铜的体积比为1:100；热压烧结或放电等离子烧结处理的温度为750℃，热压烧结或放电等离子烧结处理的时间为25min，热压烧结或放电等离子烧结的压力为50mpa。
本实施例1得到的碳纳米管增强铜基复合材料的屈服强度为138.4mpa，延伸率为7.5％，硬度为1.38gpa，电导率为53.7ms/m。
实施例2
一种碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)碳纳米管的酸化处理：将碳纳米管置于酸液中在温度为80℃条件下超声分散处理30min，经过滤、洗涤、干燥后得到表面引入活性基团的碳纳米管，所述酸液为浓硫酸和浓硝酸的混合酸液；所述浓硫酸和浓硝酸的体积比为3:2；所述碳纳米管为多壁碳纳米管，所述碳纳米管的直径为10-60nm，长6-10μm；
(2)碳纳米管的分散：将步骤(1)中所述表面引入活性基团的碳纳米管加入到庚烷和石蜡溶液中，所述石蜡与庚烷的质量体积比为0.5g/100ml，磁力搅拌均匀后，在70-80℃条件下超声分散30min，干燥后，得到碳纳米管-石蜡混合物；
(3)碳纳米管的溶解：将步骤(2)中所述碳纳米管-石蜡混合物与粘结剂在z型桨式混合机混合，混合温度控制在150-160℃，所述粘结剂与所述碳纳米管-石蜡混合物的体积比:0.2：10，所述粘结剂为聚乙烯和硬脂酸，所述聚乙烯和硬脂酸的质量比为2-5；
(4)注射成型：将铜粉加入到步骤(3)中所述混合机中混合均匀后，将得到的碳纳米管-铜粉-粘结剂加入到注射成型机中进行成型得到碳纳米管-铜粗品；所述铜粉的粒径为10-15μm；
(5)脱脂和烧结：将步骤(4)中得到的碳纳米管-铜粗品浸入到庚烷中脱脂去除粘结剂，然后进行热压烧结或放电等离子烧结处理，得到碳纳米管增强铜基复合材料，所述碳纳米管增强铜基复合材料中碳纳米管与铜的体积比为5:100；热压烧结或放电等离子烧结处理的温度为900℃，热压烧结或放电等离子烧结处理的时间为15min，热压烧结或放电等离子烧结的压力为200mpa。
本实施例2得到的碳纳米管增强铜基复合材料的屈服强度为146.5mpa、延伸率为8.1％，硬度为1.47gpa，电导率为55.3ms/m。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。