[發(fā)明專利]一種高導高強石墨烯銅基復合材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2019-05-09
• 公開（公告）號: CN110042344B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 李旋;巨佳;呂學鵬;強新發(fā);李華冠
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/48;C23C14/58;C22F1/08
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發(fā)明公開了復合材料技術領域的一種高導高強石墨烯銅基復合材料及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有技術中需預先制備石墨烯造成生產(chǎn)效率低，石墨烯與銅直接復合后界面結(jié)合差且易出現(xiàn)裂紋、復合過程中石墨烯存在燒損和團聚的技術問題。本發(fā)明所述方法包括對銅基體的表面進行預處理，獲得納米晶表面；采用離子注入法將碳注入到銅基體表面，在銅基體表面得到碳的過飽和固溶體；將銅基體多次疊加或多次對折，通過壓力成型的方法得到層狀結(jié)構(gòu)的銅基材料；將銅基材料加工成零件后進行再結(jié)晶退火處理。本發(fā)明所述方法無需預先制備石墨烯，石墨烯在基體中原位生長，提高了生產(chǎn)效率；石墨烯燒損少，且分散效果好，提高了銅基材料的綜合性能。

技術領域

本發(fā)明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種高導高強石墨烯銅基復合材料及其制備方法。

背景技術

銅及銅合金因為良好的導電導熱和加工性能使其在汽車、航空航天和電子領域具有廣泛的應用前景，但是由于銅強度較低，使用過程中易出現(xiàn)折斷現(xiàn)象。因此，研發(fā)具有優(yōu)良導電導熱性能同時還具有高強度的銅基復合材料成為目前亟需解決的問題。近年來，基于石墨烯所特有的電學、光學和機械特性，特別是較高的載流子遷移率，研究者嘗試將石墨烯作為銅基復合材料的增強體，所得到的復合材料不僅同時兼?zhèn)淞算~基體的高強度、導電性、導熱性、耐燒蝕性以及抗氧化性等優(yōu)異性能，還具有石墨的耐腐蝕性、自潤滑性以及電熱導等性能，在軌道交通、航天航空、軍事、太陽能、機械等領域有廣泛的應用。現(xiàn)有技術中制備銅基復合材料的方法主要是將預先制備好的石墨烯與銅粉或銅片經(jīng)燒結(jié)或者層壓方法進行復合，然而這些方法在制備復合材料過程中存在以下問題：1）需預先制備石墨烯，生產(chǎn)效率較低；2）銅與石墨烯硬度存在明顯差異，壓力成形過程中在兩者界面處易出現(xiàn)裂紋，同時兩者潤濕性差，界面結(jié)合性能差；3）石墨烯在復合過程中存在燒損或團聚等問題。因此，如何解決這些問題，獲得性能優(yōu)異的石墨烯銅基復合材料是目前需解決的一個重要問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高導高強石墨烯銅基復合材料及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術中需預先制備石墨烯造成生產(chǎn)效率低，石墨烯與銅直接復合后界面結(jié)合差且易出現(xiàn)裂紋、復合過程中石墨烯存在燒損和團聚的技術問題。

為達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種高導高強石墨烯銅基復合材料的制備方法，包括以下步驟：對銅基體的表面進行預處理，獲得納米晶表面；采用離子注入法將碳注入到銅基體表面，在銅基體表面得到碳的過飽和固溶體；將銅基體多次疊加或多次對折，通過壓力成型的方法得到層狀結(jié)構(gòu)的銅基材料；將銅基材料加工成零件后進行再結(jié)晶退火處理。

所述預處理的方法包括研磨、噴丸處理。

所述納米晶的晶粒尺寸為10~300nm。

所述離子注入法的參數(shù)包括碳原子的劑量為1.5×10¹²~1×10²⁰cm^-2，電壓為40~50kv。

所述壓力成型的方法包括軋制、擠壓、旋壓、鍛造。

所述壓力成型在真空環(huán)境或在保護氣中進行。

所述保護氣包括氬氣、氮氣。

所述再結(jié)晶退火的溫度為350~600℃。

石墨烯銅基復合材料的銅基體為純銅或銅合金，增強體為石墨烯，形成銅-石墨烯-銅的層狀結(jié)構(gòu)，石墨烯層厚度為0.4nm~8nm。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所達到的有益效果：

（1）本發(fā)明所述方法無需預先制備石墨烯，石墨烯在基體中原位生長，提高了生產(chǎn)效率；

（2）本發(fā)明所述方法中的石墨烯通過最終的再結(jié)晶退火工藝獲得，因而不參與之前的基體成形過程，復合材料制備過程中石墨烯燒損少，且分散效果好；