碳纳米管增强铜基复合材料的粉末注射成形技术研究

本项目以制备高性能的碳纳米管增强铜基复合材料为目标，将充分利用碳纳米管长径比大、高强高韧和导热性好，在以聚合物为主要成分的有机粘结剂中容易实现均匀分布的单分散结构，以及粉末注射成形技术所具有的既能有效克服粉末复合或铸造时的偏析现象，又能获得全致密或接近全致密的产品，且原料利用率高、易规模化生产的优势，选择粉末注射成形技术运用于新型的碳纳米管/铜复合材料中。通过考虑相容性、流动性、保形性、脱脂性等因素，设计和制备新型的碳纳米管/铜基复合材料所适用的粘结剂体系，考察成形、脱脂、烧结过程中的结构演变规律，探明各组分种类、含量、工艺参数和工艺条件对性能的影响，提出新的理论机制。新的技术路线有望实现足够含量下的碳纳米管在金属基体中均匀分布的单分散状态，从而真正发挥碳纳米管的优异性能。这一方法将提供一条制备高性能碳纳米管/铜基复合材料，且适合规模化生产的新颖和有效的技术路线。

本项目通过对碳纳米管的功能化处理，将功能化后的碳纳米管引入蜡基系粘结剂中，得到碳纳米管改性的复合粘结剂。采用复合粘接剂对超细钨铜复合粉末进行注射成形后脱脂、烧结处理，得到复合块材。此外，构建内嵌碳纳米管/石墨烯的铜基微米级复合颗粒，采用冷压烧结法制备了碳纳米管增强铜基复合材料。.（1）采用混合酸（H2SO4和HNO3混合物）和乙二胺四乙酸并借助微波加热处理多壁碳纳米管。微波加热30 min时纯度达98.72%，并且碳纳米管结构保持完好；EDTA的加入提高了碳纳米管活性基团的引入量。.（2）将功能化后的碳纳米管引入蜡基系粘结剂中，得到碳纳米管改性的复合粘结剂。扫描电镜（SEM）显微照片显示，碳纳米管能均匀分散在粘结剂基体中。碳纳米管的加入能有效提高粘结剂的结晶度，从而将提高了生坯的强度和保形性。此外，碳纳米管的加入对复合粘结剂的粘度影响不大，这样就可以既满足保形性要求的同时又不影响喂料的流动性。.（3）以仲钨酸铵和硝酸铜为主要原料、采用溶胶-凝胶并结合喷雾干燥法制备超细钨铜复合粉末，形状为球形，粒径在1μm以内；采用上述复合粘接剂利用注射机注射成形后进行脱脂、烧结处理，该粉末的临界装载量为47vol.%，在1400℃温度下对压制生坯进行液相烧结处理，复合材料的致密度均能达到99.3%以上，内部几乎无缺陷空洞存在，且钨铜两相分布均匀。.（4）通过超声化学形成碳纳米管/氧化石墨烯杂化体系，把铜离子连接到杂化体系表面，原位制备出了氧化亚铜/多壁碳纳米管/石墨烯超细复合球，碳纳米管很少游离在外，都被均匀地‘锁定’在各个单独的球中。.（5）氧化亚铜内嵌碳纳米管复合球经还原及热压烧结得铜/碳纳米管复合块体材料，并对复合块体材料进行了形貌分析和性能检测。SEM和TEM结果表明：经还原后碳纳米管仍均匀嵌镶在基体中；碳纳米管的加入随然没有使热导率显著提高，但热膨胀系数远小于纯铜，可望在电子封装领域得到应用。.（6）利用内面波调制带声子腔的量子线的热导，数值计算考虑了模转换的P波和SV波。结果显示，由于模转换及不同模式的耦合效应使得透射系数呈现出复杂的峰-谷结构，仅观察到0模共振透射现象。此外，模转换强烈的依靠入射频率、模数及结构参数。从这些结果可以证明模转换在内面波弹道输运时起着非常重要的作用。