[發明專利]一種低溫高效制備石墨烯增強銅基復合釬料的方法

有效

• 申請號: 201410066482.0
• 申請日: 2014-02-26
• 公開（公告）號: CN103817466A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 亓鈞雷;張天琪;張麗霞;曹健;馮吉才
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B23K35/40
• 分類號: B23K35/40
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 侯靜

技術領域

本發明涉及制備石墨烯增強銅基復合釬料的方法。

背景技術

釬焊是三大焊接方法(熔焊、壓焊、釬焊)的一種，主要是采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點，低于母材熔化溫度，利用液態釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現連接焊件的方法。在機械、電機、儀表、電子技術等諸多領域都有著廣泛應用。釬焊接頭的強度、硬度、耐熱性、耐腐蝕性等性能指標都與釬料有著直接關系，在釬料中添加顆粒、纖維、層片等增強體可以有效改善釬焊接頭性能。隨著科學技術的不斷發展，納米材料（如納米顆粒、納米線、納米片等）作為增強體增強釬料已成為焊接領域的研究熱點。

石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新材料。由于石墨烯結構的特殊性，與其他材料相比，石墨烯具有出色的電學性能、熱學性能以及機械性能。在電子器件、復合材料及電化學儲能材料等諸多方面展現出巨大的應用前景。已有研究證明，在Sn-Ag-Cu釬料中加入0.1%的氧化還原方法制備的石墨烯片可顯著提高釬料的潤濕性能及力學性能。由此可見，石墨烯在強化釬料、提高釬料性能等方面具有廣闊的應用前景。

目前，石墨烯常用的制備方法有機械剝離法、氧化還原石墨法、化學氣相沉積法等三種方法。機械剝離法制備出的石墨烯質量高，但是工藝復雜，產率低，難以實際應用。氧化還原石墨法雖然具有成本低、產量大等特點，但工藝較復雜，石墨烯結構破壞嚴重、表面缺陷極多，電學和力學等性能較差。化學氣相沉積法制備的石墨烯尺寸大、缺陷少，但制備溫度較高且時間長、效率低，難以實際應用。

由于石墨烯材料的制備工藝限制，導致了石墨烯增強復合釬料的制備方法中，存在兩個難點：（1）石墨烯分散性問題，傳統機械球磨難以實現石墨烯在復合釬料中的均勻分散，常通過表面化學改性方法實現石墨烯的均勻分散，工藝較復雜。（2）石墨烯結構缺陷問題，根據實際制備工藝要求及添加量需求，常采用氧化還原石墨法獲得的石墨烯，為此復合釬料中石墨烯結構缺陷較多。由于在較高溫度下，結構破損的石墨烯極易與復合釬料中活性元素相互反應，限制了石墨烯材料在復合釬料中的廣泛應用。

發明內容

本發明要解決傳統方法制備石墨烯增強銅基復合釬料時存在的石墨烯分散性差、表面缺陷多、制備溫度高及效率低的問題，而提供一種低溫高效制備石墨烯增強銅基復合釬料的方法。

一種低溫高效制備石墨烯增強銅基復合釬料的方法，具體是按照以下步驟進行的：

一、將銅粉置于等離子體增強化學氣相沉積真空裝置中，抽真空至壓強為5Pa以下，以氣體流量為18sccm～22sccm通入氫氣，調節抽真空速度將等離子體增強化學氣相沉積真空裝置中壓強控制為190Pa～210Pa，并在壓強為190Pa～210Pa和氫氣氣氛下40min內將溫度升溫至為500℃～700℃，并在溫度為500℃～700℃下保溫25min～35min；

二、通入氬氣和碳源氣體，調節氫氣的氣體流量為40sccm、氬氣氣體流量為80sccm、碳源氣體的氣體流量為1sccm～8sccm，并調節抽真空速度將等離子體增強化學氣相沉積真空裝置中壓強控制為800Pa～1000Pa，然后在沉積系統射頻電源頻率為13.56MHz、射頻功率為190W～210W、壓強為800Pa～1000Pa和溫度為500℃～700℃條件下進行沉積，沉積時間為10s～300s，沉積結束后，關閉射頻電源和加熱電源，停止通入碳源氣體，繼續以氫氣的氣體流量為40sccm、氬氣氣體流量為80sccm通入氫氣和氬氣，并調節抽真空速度將等離子體增強化學氣相沉積真空裝置中壓強控制為150Pa～200Pa，在壓強為150Pa～200Pa和氫氣及氬氣氣氛下從溫度為500℃～700℃冷卻至室溫，即得到石墨烯/銅復合粉末；

三、將金屬粉末或合金粉末與步驟二制備的石墨烯/銅復合粉末放入球磨機中，進行研磨并攪拌至粉體混合均勻，即得到石墨烯增強銅基復合釬料。

本發明的有益效果是：1、本發明利用等離子增強化學氣相沉積法（PECVD），通過射頻作用可以將碳源（CH₄）非常快速的分解成具有相高活性的碳基團，經過金屬催化劑的催化反應就可以短時間的在金屬表面生長出石墨烯。即可實現低溫有效的在Cu粉表面生長出石墨烯。

2、本發明利用等離子增強射頻作用，不僅避免了高溫熱解碳源氣體，而且也大幅度提高碳源氣體(CH₄)的分解效率，即通入少量的碳源氣體(CH₄)也會產生大量的活性碳基團，從而有效降低了制備溫度、提高了制備效率。