一種多壁碳納米管增強銅基復合粉體的制備方法
【技術領域】
[0001]本發明公開一種多壁碳納米管增強銅基復合粉體的制備方法，屬于復合材料技術領域。
【背景技術】
[0002]多壁碳納米管是在1991年由日本科學家Sum1 Lijima發現的一種新型一維納米材料，具有良好的力學性能、機械強度以及優良的導電導熱性，理論計算顯示多壁碳納米管的楊氏模量可達到lTPa、拉伸強度平均在150GPa左右；近年來，多壁碳納米管作為增強體增強銅基復合材料已引起廣泛關注，多壁碳納米管/Cu復合材料具有高耐磨性、較高的導熱導電性以及較低的熱膨脹系數，現已被廣泛應用于電力、電子、機械、集成電路的引線框架、燈絲引線、電阻焊電極、等工業領域。
[0003]申請人蔡曉蘭在專利號CN201210095598.8中公開了“一種碳納米管增強銅基復合材料的制備方法”，該專利采用粉末冶金法和高能球磨制備復合材料，采用退火-冷壓-燒結成型制備出復合材料，該專利采用原料碳納米管直接進行球磨實驗，未進行碳納米管的純化前處理。
[0004]在專利號CN102528023A中公布了 “一種采用高能球磨機制備氧化鋁彌散強化銅粉的方法”。該專利采用CuO代替Cu，通過球磨制備復合粉末，但由于該專利采用行星式高能球磨機，該專利的球磨時間依然需要20?40小時。
[0005]在專利號CN101619426中公布了“一種碳納米管增強復合材料的制備方法”。該專利對碳納米管進行預處理，采用瑪瑙球和瑪瑙球罐在低轉速、短時間條件下對預處理后的碳納米管與銅粉進行混料后對其進行壓制成型。本發明相比該專利在碳納米管預處理時采用濕法球磨，使得碳納米管能夠充分分散在介質中，在進行球磨處理時碳納米管的切斷效果更加理想、剪切長度保持在5?10微米。
【發明內容】
[0006]本發明針對現有制備時間長、碳納米管分散性差以及球磨技術等問題，提供一種碳納米管增強銅基復合粉體的制備方法，具體包括以下步驟:在真空條件下，將多壁碳納米管、銅粉放入高能臥式攪拌球磨機中，球磨時間為30?lOOmin，得到平均粒度為15?50微米的NMCNTs-Cu復合粉體。
[0007]本發明高能臥式攪拌球磨機的攪拌軸線速度為5.0-10.0 m/s。
[0008]本發明所述碳納米管、銅粉和鋼球質量比為1:10:100-1:50:500。
[0009]本發明球磨前先將球磨倉體抽真空，在真空條件下進行球磨，真空度為1.0?10_3帕。
[0010]本發明所述高能臥式攪拌球磨機為專利“201320017287X”公開的球磨機(見圖
Do
[0011]本發明的有益效果是: (1)本發明通過高能臥式攪拌球磨機進行球磨實驗，相比較一般的球磨設備，本發明采用高能臥式攪拌球磨機由于輸出的瞬間能量較高，使得球料與磨球之間、磨球與磨球之間產生強大的沖擊力，與一般球磨設備相比較，球磨時間由I?60小時縮短到30?100分鐘；
(2)本發明采用直接在真空條件下，球磨復合粉體，該工藝技術由于真空條件下空氣阻力系數降低，粉體與粉體之間、球磨介質之間的阻力減小，導致球磨效率提高，因此復合粉體的力學性能提高；通過實驗研宄，在真空條件下制備出的復合材料的硬度和抗拉強度相比惰性條件而言分別提高了 20% -35%和5% -20%。
【附圖說明】
[0012]圖1為臥式葉片式攪拌高能球磨機倉體示意圖；
圖2為實施例1復合粉體NMCNTs-Cu電鏡；
圖3真空與惰性氣體條件下的NMCNTs-Cu復合材料抗拉強度比較圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護范圍并限于所述內容。
[0014]實施例1
本實施例所述多壁碳納米管增強銅基復合粉體的制備方法，具體包括以下步驟:
取10克NMCNTs、100克銅粉和1000克鋼球一起放入高能臥式攪拌球磨機內，密閉球磨倉體，抽真空，當真空度為1.0*10_3帕時關閉真空泵開始球磨，高能臥式攪拌球磨機的攪拌軸線速度為5.0m/s，球磨時間為60分鐘球磨，制備出NMCNTs-Cu的復合粉末，粉體平均粒度為15.0微米。
[0015]本實施例制備得到的多壁碳納米管與銅基體的復合粉末的電鏡圖如圖2所示。
[0016]將本實施例所制備出的復合粉末壓制燒結成型，其材料硬度和抗拉強度分別達到179HV和200Mpa，而在惰性環境中制備出的復合材料性能僅達到139HV和174Mpa，在相同條件下真空環境相比惰性環境而言制備出的復合材料的硬度和抗拉強度分別提高了 20%和15%。
[0017]實施例2
本實施例所述碳納米管增強銅基復合粉體的制備方法，具體包括以下步驟:
取10克NMCNTs、200克銅粉和3000克鋼球一起放入高能臥式攪拌球磨機內，密閉球磨倉體，抽真空，當真空度為1.0帕時關閉真空泵開始球磨，高能臥式攪拌球磨機的攪拌軸線速度為10.0m/s，球磨時間為30分鐘球磨，制備出NMCNTs-Cu的復合粉末，粉體平均粒度為32.0微米。
[0018]本實施例制備得到的復合材料的抗力強度如圖3所示，由圖可以看出在真空環境下制備出的復合材料的性能明顯優于在惰性環境中制備出的復合材料的性能。
[0019]將本實施例制備得到的復合粉末壓制燒結成型，其材料硬度和抗拉強度分別達到154HV和186Mpa，而在惰性環境中制備出的復合材料性能僅達到124HV和168Mpa，在相同條件下真空環境相比惰性環境而言制備出的復合材料的硬度和抗拉強度分別提高了 24%和11%ο
[0020]實施例3
本實施例所述碳納米管增強銅基復合粉體的制備方法，具體包括以下步驟:
取10克NMCNTs、300克銅粉和4000克鋼球一起放入高能臥式攪拌球磨機內，密閉球磨倉體，抽真空，當真空度為1.0*10-1帕時關閉真空泵開始球磨，高能臥式攪拌球磨機的攪拌軸線速度為8.0m/s，球磨時間為50分鐘球磨，制備出NMCNTs-Cu的復合粉末，粉體平均粒度為36.0微米。
[0021]將本實施例制備得到的復合粉末壓制燒結成型，其材料硬度和抗拉強度分別達到142HV和167Mpa，而在相同條件下惰性環境中制備出的復合材料性能僅達到107HV和152Mpa，真空環境相比惰性環境而言制備出的復合材料的硬度和抗拉強度分別提高了 32%和9% ο
[0022]實施例4
本實施例所述碳納米管增強銅基復合粉體的制備方法，具體包括以下步驟:
取10克NMCNTs、500克銅粉和5000克鋼球一起放入高能臥式攪拌球磨機內，密閉球磨倉體，抽真空，當真空度為1.0*10_3帕時關閉真空泵開始球磨，高能臥式攪拌球磨機的攪拌軸線速度為9.0m/s，球磨時間為45分鐘球磨，制備出NMCNTs-Cu的復合粉末，粉體平均粒度為50.0微米。
[0023]將本實施例制備得到的復合粉末壓制燒結成型，其材料硬度和抗拉強度分別達到156HV和172Mpa，而在相同條件下惰性環境中制備出的復合材料性能僅達到120HV和167Mpa，真空環境相比惰性環境而言制備出的復合材料的硬度和抗拉強度分別提高了 26%和3% ο
【主權項】
1.一種多壁碳納米管增強銅基復合粉體的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟:將多壁碳納米管、銅粉和鋼球放入高能臥式攪拌球磨機中，研磨的倉體抽真空后球磨30?10min后得到多壁碳納米管增強銅基復合粉體。
2.根據權利要求1所述多壁碳納米管增強銅基復合粉體的制備方法，其特征在于:高能臥式攪拌球磨機攪拌軸線速度為5.0?10.0m/so
3.根據權利要求1所述多壁碳納米管增強銅基復合粉體的制備方法，其特征在于:所述高能臥式攪拌球磨機球磨倉體的真空度為1.0?1(Γ3帕。
4.根據權利要求1所述多壁碳納米管增強銅基復合粉體的制備方法，其特征在于:所述碳納米管、銅粉和鋼球質量比為1:10:200~1:50:800。
【專利摘要】本發明公開一種多壁碳納米管增強銅基復合粉體的制備方法，屬于復合材料技術領域；本發明所述方法采用在真空條件下，采用高能臥式攪拌球磨機制備多壁碳納米管與銅基體的復合粉末，多壁碳納米管增強銅基復合粉體復合粉末平均粒度為15～50微米，按NMCNTs、銅粉和磨球按比例進行混合與球磨。本工藝技術解決了多壁碳納米管在銅粉中均勻分布和有效結合的問題，本工藝采用真空條件下進行球磨，優于惰性氣體保護，采用的高能球磨機為葉片式攪拌高能球磨機。該工藝簡單高效，易于實現批量生產。
【IPC分類】B22F1-00, B22F9-04
【公開號】CN104841942
【申請號】CN201510058870
【發明人】蔡曉蘭, 余明俊, 周蕾
【申請人】昆明理工大學
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年2月5日