碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料及其制备方法与应用

本发明涉及一种碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料及其制备方法与应用，属于材料制备。

背景技术：

1、碳纳米管作为碳材料家族一员，因其具有低密度、优异的力学性能、高热传导性能和独特的电学性质等突出特性，在航空航天等领域发展轻质高性能复合材料方面具有巨大潜力。然而，具有优异性能的碳纳米管在跨尺度组装成宏观复合材料时，碳纳米管团聚、界面作用弱等问题，限制了碳纳米管优异性能的发挥，导致宏观碳纳米管基复合材料的性能大大降低。

2、值得注意的是，碳纳米管中的空心管腔是其最基本的结构单元之一，该管腔具有高比表面积和内部空间，能够为各类分子、离子等物质提供良好的承载和储存条件。碳纳米管可通过中空管的纳米空间进行反应，从而限域生长客体材料。为此，如果能在碳纳米管内填充生长具有耐高温纳米材料并将其组装成宏观块体材料，将有望在航空航天等国家重大高新技术装备中实现应用。

3、目前大部分针对碳纳米管宏观体的组装技术集中在碳纳米管纤维和碳纳米管薄膜，对于碳纳米管块体的文章和专利报道较少，对于内嵌碳纳米管粉末的宏量制备及其块体组装的专利文章均没有。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料及其制备方法，以克服现有技术中的不足。

2、本发明的另一目的还在于提供所述碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料的应用。

3、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

4、本发明实施例提供了一种碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料的制备方法，其包括：

5、使碳纳米管浆料、磷钨酸混合，过滤，干燥，得到磷钨酸内嵌碳纳米管粉体；

6、对所述磷钨酸内嵌碳纳米管粉体进行还原处理，从而在碳纳米管内限域填充生长碳化钨纳米线，得到碳化钨内嵌碳纳米管粉体；

7、对所述碳化钨内嵌碳纳米管粉体进行放电等离子烧结，制得碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料。

8、在一些实施方案中，所述制备方法包括：

9、将碳化钨内嵌碳纳米管粉体置于石墨模具中，之后置于放电等离子烧结系统中，对所述碳化钨内嵌碳纳米管粉体进行压实，并对放电等离子烧结系统进行抽真空；

10、对所述石墨模具加热，同时对压实后的碳化钨内嵌碳纳米管粉体两端施加压力，从而进行所述的放电等离子烧结。

11、本发明实施例还提供了由前述制备方法制得的碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料。

12、本发明实施例还提供了前述的碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料于航空航天领域中的应用。

13、与现有技术相比，本发明的优点至少在于：

14、本发明提供的制备方法利用碳纳米管为模板构筑，可实现百克级碳化钨内嵌碳纳米管粉末的宏量制备，通过放电等离子烧结技术制备获得碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料，制备过程快速方便，获得了耐高温和优异力学性能的新型轻比重碳纳米管块体复合材料。

技术特征：

1.一种碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括：将碳纳米管超声分散于水中，获得碳纳米管浆料；优选的，所述碳纳米管浆料的质量分数为o.1～o.5％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括：将磷钨酸加入碳纳米管浆料中，搅拌混合，对所获混合溶液进行抽滤，干燥后进行球磨，筛粉，得到混合粉体；

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括：将所述磷钨酸内嵌碳纳米管粉体于100～500℃加热4～10h，之后升温至600～950℃，于还原性气氛中进行还原处理1～5h，得到碳化钨内嵌碳纳米管粉体；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述磷钨酸内嵌碳纳米管粉体中磷钨酸的含量为20～50wt％；和/或，所述碳化钨纳米线的直径为0.5～4nm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，包括：以10～100℃/min的加热速率对石墨模具加热，使温度升至1000～1600℃，对压实后的碳化钨内嵌碳纳米管粉体两端施加的压力为20～60mpa；所述放电等离子烧结的时间为5～60min。

8.由权利要求1-7中任一项所述的制备方法制得的碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料。

9.根据权利要求8所述的碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料，其特征在于：所述碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料的硬度为540～1000mpa，弹性模量为4～10gpa。

10.权利要求8或9所述的碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料于航空航天领域中的应用。

技术总结本发明公开了一种碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料及其制备方法与应用。所述制备方法包括：使碳纳米管浆料、磷钨酸混合，过滤，干燥，得到磷钨酸内嵌碳纳米管粉体；之后进行还原处理，从而在碳纳米管内限域填充生长碳化钨纳米线，得到碳化钨内嵌碳纳米管粉体；对所述碳化钨内嵌碳纳米管粉体进行放电等离子烧结，制得碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料。本发明提供的制备方法利用碳纳米管为模板构筑，可实现百克级碳化钨内嵌碳纳米管粉末的宏量制备，通过放电等离子烧结技术制备获得碳化钨内嵌碳纳米管块体复合材料，制备过程快速方便，获得了耐高温和优异力学性能的新型轻比重碳纳米管块体复合材料。技术研发人员：康黎星,陆小龙,仲云雷受保护的技术使用者：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/14