[發明專利]一種石墨烯?銅復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610393010.5
• 申請日: 2016-06-06
• 公開（公告）號: CN105908007B
• 公開（公告）日: 2017-10-13
• 發明（設計）人: 王鈺;李萌啟
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C32/00;B22F3/14
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司11332
• 代理人: 鞏克棟,侯桂麗

技術領域

本發明涉及石墨烯復合材料的制備領域，具體涉及一種石墨烯-銅復合材料及其制備方法。

背景技術

銅及其合金在人類發展過程中起到了重要的作用，而在近現代工業，銅及銅合金以其優良的導電，導熱，耐腐蝕性能在電工、電子、化工、交通、機械等領域被廣泛應用。隨著科技的發展，新技術對于新材料的依賴越來越強，對材料性能也提出更高的要求。但是銅的屈服強度一般較低，高溫抗變形能力更低，因而限制了其進一步應用。通過在銅及銅合金中引入高強度、高模量、耐磨、耐高溫的增強物，它既保持了銅優良的導電、導熱性，又提高了材料力學性能、尤其是高溫性能，摩擦磨損性能，因此具有廣泛的應用前景。在銅及其合金中添加細小，彌散分布的高強度和高硬度增強物可有效提高材料的強度、硬度以及耐磨性，同時又能盡可能的保持銅優良的導電性。

石墨烯自2004年被成功制備以來，因其獨特的結構和性能備受青睞。石墨烯是由碳原子以SP²雜化連接的單原子層構成的，這種特殊的結構蘊含了豐富而新奇的物理現象，使石墨烯表現出許多優異性質，不僅具有優良的導電性和導熱性，其彈性模量達到1TPa，斷裂強度超過100GPa，因此石墨烯是一種理想的銅及銅合金的增強相。然而石墨烯與銅之間的潤濕性較差，造成了石墨烯與銅及銅合金基體的界面結合力較弱，石墨烯在銅基體中的分散性也較差。

現有技術中為了改善石墨烯與銅基體的潤濕性，常采用化學方法在石墨烯表面生成銅，鎳等金屬顆粒，在經過干燥、高溫還原性氣氛下還原制得復合粉體。再通一定的材料制備工藝制備得到最終的石墨烯增強銅基復合材料。這些工藝方法不僅繁瑣，且整個工藝過程中常使用到一些有毒，有害的化學試劑，容易對人體和環境造成傷害和污染。

CN104451227A公開了一種鍍銅石墨烯增強金屬基復合材料的制備方法，該方法首先將氧化石墨烯進行還原處理制得石墨烯，再對石墨烯進行化學鍍銅、離心、洗滌、干燥制得鍍銅石墨烯，再將鍍銅石墨烯與金屬粉末球磨混合均勻，利用粉末冶金工藝制備鍍銅石墨烯增強金屬基復合材料。

CN103952588A公開了一種石墨烯銅基復合材料及其制備方法，該方法首先在基體金屬鹽溶液中加入石墨烯并超聲分散，然后再加入水合肼溶液還原出納米銅粉和石墨烯，再經過攪拌、蒸干、高溫還原制得石墨烯銅復合粉體，再經過粉末冶金工藝制備得到石墨烯銅基復合材料。

CN104451227A和CN103952588A所公開的方法都涉及化學鍍工藝對石墨烯粉體進行預處理，在經過干燥，高溫還原得到復合粉體的工藝過程，不僅工藝復雜而且使用了對環境有害的化學試劑。

CN104862512A公開了一種提高銅基石墨烯復合材料中石墨烯與銅基體結合力的方法，該方法首先在銅粉中添加合金粉體，通過高能球磨機械合金化制得合金粉體，再將其與石墨烯分散液球磨混合均勻，過濾、干燥后得到銅合金石墨烯復合粉體，最后再通過粉末冶金工藝制備得到銅基石墨烯復合材料。該方法雖然不涉及化學鍍等工藝，但使用高能球磨制備合金粉的工藝過程，之后要對銅合金石墨烯復合粉體進行氫氣還原，這樣的工藝過程同樣存在生產效率相對較低的問題。

綜上，現有技術中，石墨烯和銅基材料的復合存在基體結合差，分散性不佳，制備工藝復雜等缺點。

因此，本領域需要開發一種工藝過程簡單，成本較低，材料成分設計方便，適合規模化生產，且制備得到的石墨烯-銅復合材料具有較高的強度和延展性。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種石墨烯和銅復合材料及其制備方法，所述石墨烯和銅復合材料通過MAX相陶瓷的分解物改善石墨烯與銅基體的界面結合，提供一種高強度、高延展性、耐磨性和導電性良好的復合材料。

本發明具體通過如下方案實現：

本發明目的之一是提供一種石墨烯-銅復合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟：

將石墨烯粉體、MAX相陶瓷粉體和銅粉混合均勻后，進行熱壓燒結，得到石墨烯-銅復合材料。