[發明專利]一種石墨烯增強銅或銅合金棒材的制備方法

在審

• 申請號: 201710515698.4
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107267792A
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 甘春雷;鄭開宏;王順成;劉宇寧;黎小輝;楊莉
• 申請（專利權）人: 廣東省材料與加工研究所
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C9/00;B22F3/20
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所44216
• 代理人: 劉卉

技術領域

本發明涉及有色金屬新材料制備技術領域，特別是涉及一種石墨烯增強銅或銅合金棒材的制備方法。

背景技術

銅是重要的結構及導電導熱材料，對國民經濟、社會發展和國防建設具有重要戰略意義，但銅強度較低，無法滿足工業快速發展對其提出的新需求，因此在銅中加入合適的增強體來提高其強度的同時不降低其導電導熱性能，成為擬解決的關鍵問題。傳統的碳纖維增強銅基復合材料雖具有高導電導熱及耐磨性能等優勢，但力學性能較差；而銅中添加碳納米管雖然能夠獲得比碳纖維更好的增強效果，但其制備比較困難。所以，以這兩種增強體為主的銅基復合材料的應用受到很大限制。

石墨烯自2004年由英國曼徹斯特大學物理學家首次成功制備出以來受到了廣泛關注，是新材料領域里的研究熱點。石墨烯由于具有比表面積大、超強的導電性和強度等顯著特點，作為增強體用于開發高性能銅基復合材料具有巨大的應用潛力。但是，石墨烯難分散、易團聚，銅與石墨烯之間的潤濕性能較差、界面結合強度低，導致力學和物理性能降低。盡管許多研究者在研究提高石墨烯在銅基體中的均勻分散性以及二者之間的潤濕性方面開展了大量工作，但研究開發的石墨烯增強銅基復合材料性能仍然不穩定，還需要進一步改善和提高。以上問題極大地限制了石墨烯增強銅基復合材料的進一步快速發展和推廣應用。

發明內容

本發明的目的在于針對上述存在問題和不足，提供一種工藝簡單、制造成本低，能夠獲得高性能石墨烯增強銅或銅合金棒材的制備方法。

本發明的技術方案是這樣實現的：

本發明所述的石墨烯增強銅或銅合金棒材的制備方法制備方法，其特點是：首先將納米銅粉或銅合金粉與石墨烯和納米鈦粉作為原料進行混合，并將混合物料置于無水乙醇中且采用超聲振動和電磁攪拌復合能場分散石墨烯，使石墨烯在銅或銅合金基體中均勻分布，獲得混合漿料；接著將混合漿料置于球磨機中進行球磨后，對獲得的復合粉末進行烘干處理；然后對烘干的復合粉末進行冷等靜壓成型合金坯料；最后將合金坯料進行熱擠壓加工，從而獲得石墨烯增強銅或銅合金棒材；

其具體的制備步驟如下：

步驟一：將納米銅粉或銅合金粉與納米鈦粉混合后得到混合物料，且在混合物料中納米鈦粉的質量百分比為0.1～1.0wt%，其余為納米銅粉或銅合金粉；

步驟二：將混合物料置于質量百分比濃度≥ 99.7%的無水乙醇中，并采用超聲振動和電磁攪拌復合能對混合物料進行分散30～60min后，得到粉體懸浮液，將0.1～3.0wt%的石墨烯加入到粉體懸浮液中，再采用超聲振動和電磁攪拌復合能場進行分散30～60min，得到混合漿料；

步驟三：將混合漿料和不銹鋼磨球置于球磨罐中，在200～500r/min條件下球磨5～12h，獲得復合粉末，并對復合粉末進行烘干處理，烘干處理溫度為80～150℃，時間為2～10h；

步驟四：將烘干的復合粉末置于橡膠模具中進行冷等靜壓成型，壓力為200～400MPa，時間為30～180s，獲得合金坯料；

步驟五：將合金坯料進行熱擠壓形成高性能石墨烯增強銅或銅合金棒材，擠壓溫度為800～1000℃，擠壓比為10～30。

本發明與現有技術相比，具有以下顯著優點：

1、本發明采用超聲振動和電磁攪拌復合能場分散石墨烯，可使高表面能易團聚的石墨烯均勻分散在銅基體中，有利于獲得組織均勻和力學性能穩定的石墨烯增強銅基復合材料；

2、本發明提供的方法工藝過程簡單，成本較低，適合批量化工業生產。

具體實施方式

本發明所述的石墨烯增強銅或銅合金棒材的制備方法，首先將納米銅粉或銅合金粉與石墨烯和納米鈦粉作為原料進行混合，并將混合物料置于無水乙醇中且采用超聲振動和電磁攪拌復合能場分散石墨烯，使石墨烯在銅或銅合金基體中均勻分布，獲得混合漿料；接著將混合漿料置于球磨機中進行球磨后，對獲得的復合粉末進行烘干處理；然后對烘干的復合粉末進行冷等靜壓成型合金坯料；最后將合金坯料進行熱擠壓加工，從而獲得石墨烯增強銅或銅合金棒材。

其具體的制備步驟如下：

步驟一：將納米銅粉或銅合金粉與納米鈦粉混合后得到混合物料，且在混合物料中納米鈦粉的質量百分比為0.1～1.0wt%，其余為納米銅粉或銅合金粉；

步驟二：將混合物料置于質量百分比濃度≥ 99.7%的無水乙醇中，并采用超聲振動和電磁攪拌復合能對混合物料進行分散30～60min后，得到粉體懸浮液，將0.1～3.0wt%的石墨烯加入到粉體懸浮液中，再采用超聲振動和電磁攪拌復合能場進行分散30～60min，得到混合漿料；