[發明專利]一種石墨烯金剛石鎢銅合金及其制備和應用

有效

• 申請號: 201810846016.2
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN110760713B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 林正得;戴丹;江南;韓鈺;祝志祥;陳保安;丁一;張強;王強
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所;全球能源互聯網研究院有限公司;國網山西省電力公司;國家電網有限公司
• 主分類號: C22C1/10
• 分類號: C22C1/10;C22C1/05;C22C26/00;C23C16/26;C22C27/04
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 崔佳佳;徐迅

本發明涉及一種石墨烯金剛石鎢銅合金及其制備和應用。具體地，本發明公開了一種石墨烯金剛石鎢銅合金的制備方法，所述方法包括如下步驟：1)提供第一混合物，所述第一混合物包含銅粉和任選的分散劑；2)將所述第一混合物置于CVD爐中，在第一壓力、第一溫度和任選的第一氣體下，通入氣態碳源材料，反應得到石墨烯/銅粉體；3)將所述的石墨烯/銅粉體加入鎢粉、金剛石粉，進行燒結處理，得到所述石墨烯金剛石鎢銅合金。本發明還公開了以所述方法制備的石墨烯金剛石鎢銅合金及其應用。所述制備方法具有工藝簡單、原料廉價易得、安全環保、成本低、易于大規模推廣的特點。所述石墨烯金剛石鎢銅合金兼具高耐磨性能和高耐燒蝕性能。

技術領域

本發明涉及材料領域，具體地涉及一種石墨烯金剛石鎢銅合金及其制備和應用。

背景技術

鎢銅合金具有良好的導電導熱性能，較好的高溫強度，廣泛應用于高壓開關、微電子、機械和航空航天等領域。但是隨著高壓電網向大容量、超高壓的發展，對鎢銅合金的耐磨性能和耐燒蝕性能提出了更高的要求。為了增強鎢銅合金的性能，文獻報道的方法有在鎢銅合金中添加第三相，例如添加稀土元素，稀土氧化物(La₂O₃，ThO₂，CeO₂)和第二相(HfC，TiC，WC)到鎢銅合金中從而改善鎢銅合金的電弧燒蝕性能。但是卻降低了鎢銅合金的電導率。因此，選用新型增強體，制備新型鎢銅合金是提高材料綜合性能的有效措施。單層碳原子的石墨烯作為一種新型的材料，具有優異的力學、光學、熱導性、電荷傳輸性等。近十年來，用石墨烯作為增強相來實現增強機體材料的研究層出不窮。但是，石墨烯密度小、容易團聚以及制備過程中界面結合等問題是制約石墨烯/金屬復合材料發展的重要原因。采用傳統共混后通過熔滲的方法獲得高性能的石墨烯金剛石鎢銅合金將變得極為困難，因此阻礙了該領域內一些原創性研究工作的發展，同時也促使研究工作者們在復合材料的制備工作上提出新方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種兼具優異摩擦磨損性能和耐燒蝕性能的石墨烯金剛石鎢銅合金及其制備和應用。

本發明的第一方面，提供了一種石墨烯金剛石鎢銅合金的制備方法，所述方法包括如下步驟：

1)提供第一混合物，所述第一混合物包含銅粉和任選的分散劑；

2)將所述第一混合物置于CVD爐中，在第一壓力、第一溫度和任選的第一氣體下，通入氣態碳源材料，反應得到石墨烯/銅粉體；

3)將所述的石墨烯/銅粉體加入鎢粉、金剛石粉，進行燒結處理，得到所述石墨烯金剛石鎢銅合金。

在另一優選例中，所述第一混合物包含銅粉和分散劑，其中，按所述第一混合物的總重量計，所述銅粉的質量分數為50-95wt％，較佳地60-93wt％，更佳地65-92wt％。

在另一優選例中，所述銅粉的(平均)粒徑為10-500μm，較佳地20-350μm，更佳地25-250μm。

在另一優選例中，所述銅粉的純度為99－99.99％，較佳地99.5－99.99％。

在另一優選例中，所述銅粉的形狀選自下組：球狀、片狀、樹枝狀、類球形。

在另一優選例中，所述銅粉選自下組：電解銅粉、霧化銅粉、或其組合。

在另一優選例中，所述分散劑為在高溫(1000℃)下穩定不分解且粒徑小于銅粉的粉末。

在另一優選例中，所述分散劑選自下組：陶瓷粉、石墨粉、或其組合。

在另一優選例中，所述陶瓷粉選自下組：碳化物陶瓷粉、硼化物陶瓷粉、氮化物陶瓷粉、氧化物陶瓷粉、硅酸鹽陶瓷粉、或其組合。

在另一優選例中，所述碳化物陶瓷粉選自下組：碳化鈦、碳化鉿、碳化鋯、碳化鉭、碳化硅、或其組合。