[發明專利]一種石墨烯增強ODS銅的制備方法

有效

• 申請號: 201710968906.6
• 申請日: 2017-10-18
• 公開（公告）號: CN107557602B
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發明（設計）人: 陳存廣;紀慶竹;郭志猛;常永勤;李沛;陸天行
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C1/10;C22C9/00;C22C32/00;B22F9/20
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明涉及一種石墨烯增強ODS銅的制備方法，屬于銅基復合材料制備技術領域。以銅鹽作為銅源，以硝酸鋁作為鋁源，以氫氧化鈉或氨水作為沉淀劑，使銅離子、鋁離子生成氫氧化銅、氫氧化鋁，并與溶液中分散的石墨烯共沉淀，經干燥、還原、成型、燒結得到石墨烯增強ODS銅坯體，通過熱擠壓、熱鍛、熱軋等熱加工手段使之達到全致密。本發明提高了石墨烯在銅基體中的均勻分散性，改善了石墨烯與銅基體之間的界面結合狀態，通過在銅基體引入石墨烯與彌散分布的納米氧化鋁顆粒達到雙重強化效果，提高基體強度的同時又不會降低其傳導性能。

技術領域

本發明涉及一種石墨烯增強ODS銅的制備方法，屬于銅基復合材料制備技術領域。

背景技術

氧化鋁(Al₂O₃)彌散強化(ODS)銅不僅具有與純銅相近的高導電、導熱性，而且還有抗電弧侵蝕、抗磨損能力以及優良的高溫力學性能，因而得到廣泛應用。但實際上，ODS銅的導電導熱與力學性能之間存在突出的矛盾，過量(＞1wt.％)Al₂O₃彌散粒子的加入會使材料的傳導性能較純銅大幅降低，加工性能也會變差。石墨烯因其特殊的二維結構和電學、光學、力學等優異性能而倍受關注。石墨烯具有超高的傳導性能，導熱系數能夠達到5000W/(m·K)，比表面積為2630m²/g，楊氏模量達到1.02TPa，且強度高達130GPa，同時其又有很好的彈性，拉伸幅度能達到自身尺寸的20％。因此，通過摻雜石墨烯來彌補ODS銅中過量Al₂O₃導致的傳導性能的損失，是一種具有廣闊前景的高強高導銅基復合材料的制備方法。

但由于石墨烯具有很高的比表面積，因而具有較高的表面能，團聚現象較為嚴重。為解決這一突出問題，中國發明專利申請CN 104451227A公開了一種石墨烯增強銅基復合材料及其制備方法，該方法是在氧化石墨烯粉末表面化學法鍍銅后與金屬粉末進行球磨混粉，采用粉末冶金溫壓工藝，對鍍銅石墨烯/金屬混合粉末進行溫壓成型、燒結，采用擠壓、鍛壓和軋制等工藝進行復合材料加工，制得界面結合好、高致密度的石墨烯增強金屬基復合材料。該方法制備的石墨烯增強銅基復合材料中，石墨烯較為均勻的分散在金屬基體中，但是鍍銅石墨烯粉末結構在球磨過程中容易遭到破壞，銅鍍層也容易發生脫落，這將影響材料的力學性能及導熱導電性能。

發明內容

本發明的目的在于提高銅基體強度的同時又能保持其傳導性能，解決石墨烯增強ODS銅中石墨烯分散性差以及石墨烯與銅基體之間界面結合的問題。

本發明的技術原理是：本發明采用共沉淀的方法，通過加入氫氧化鈉或氨水使銅鹽、鋁鹽混合溶液中的金屬離子生成氫氧化物沉淀，同時將均勻分散在溶液中的石墨烯包裹住一同沉淀下來，經干燥、還原后獲得石墨烯/ODS銅復合粉末，實現石墨烯在復合粉末中均勻分散。然后將復合粉末通過成型、燒結后得到石墨烯增強ODS銅坯體，再經熱擠壓、熱軋、熱鍛等熱加工手段使復合材料進一步致密化，獲得界面結合良好、全致密的石墨烯增強ODS銅復合材料。

本發明提供的一種石墨烯增強ODS銅的制備方法，通過以下技術方案實現：

1、將石墨烯粉末分別在濃度為2wt.％～10wt.％氫氧化鈉溶液、稀鹽酸溶液中進行堿洗、酸洗表面預處理，制得表面活性高的石墨烯粉末；石墨烯粉末分散于十二烷基苯磺酸鈉水溶液中得到石墨烯分散液。

2、配制銅鹽和硝酸鋁混合溶液，并將預先配制好的石墨烯分散液與之混合，通過磁力攪拌制得石墨烯/銅鋁鹽混合溶液；

3、配制氫氧化鈉或氨水溶液，并勻速向石墨烯銅鋁鹽混合溶液中滴加，使石墨烯與氫氧化銅、氫氧化鋁一同沉淀下來，最終得到摻有石墨烯的氫氧化銅與氫氧化鋁的混合沉淀物；

4、將獲得的混合沉淀物進行洗滌、干燥和還原，得到所需的石墨烯/ODS銅復合粉末；