[發明專利]一種原位插層制備石墨/銅復合材料的方法

在審

• 申請號: 201910713636.3
• 申請日: 2019-08-02
• 公開（公告）號: CN110453100A
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 劉占軍;劉犇;張東卿;李香粉;陶則超
• 申請（專利權）人: 中國科學院山西煤炭化學研究所
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C9/00;C01B32/22
• 代理公司: 14101 太原市科瑞達專利代理有限公司
• 代理人: 趙禛<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發明提供了一種原位插層制備石墨/銅復合材料的方法，屬于金屬?石墨復合材料制備技術領域，解決石墨在銅溶體中易偏析、石墨與銅燒結體的強度和穩定性差的技術問題。解決方案為：首先，在天然鱗片石墨中加入氧化劑和插層劑制備可膨脹石墨；其次，將可膨脹石墨和銅粉在v型混料機中充分混勻；再次，將混勻后的物料放入真空熱壓爐中原位插層膨脹；最后將原位插層后的物料放入真空熱壓爐中熱壓燒結制得高性能復合材料。本發明制備的石墨/銅復合材料具有結合強度高，分散均勻性好，綜合性能優異等優點。

技術領域

本發明屬于金屬-石墨復合材料制備技術領域，具體涉及一種原位插層制備石墨/銅復合材料的方法。

背景技術

近年來，由于石墨/金屬基復合材料有眾多優良的性能，它既有金屬的高導電、高強度、良好延展性，同時具備石墨良好的潤滑性能、減震性、耐腐蝕性、熱穩定性和比重低等特性，廣泛應用于航空航天、艦船、高鐵和汽車工業領域，尤其是電剁、電機、電刷、自潤滑軸承和受電弓等電工部件。

但在傳統工藝中，因材料密度差別大（銅8.8×103kg/m³ ，石墨2.25×103kg/m³）且石墨粉凝聚性強、分散性差，機械混合粉末不均勻，易產生偏析，同時碳與銅界面只能通過機械互鎖鏈接在一起，界面之間結合強度低，造成產品質量不穩定。高溫浸滲法中的石墨與銅即使在1100℃ 時其潤濕角也高達140℃，石墨很難在銅溶體中成均勻懸浮狀分布，也易產生偏析。金屬在材料內不能形成連續的三維網絡，很難保持燒結體的強度和穩定性。

發明內容

為了克服現有技術中的不足，解決石墨在銅溶體中易偏析、石墨與銅燒結體的強度和穩定性差的技術問題，一種原位插層制備石墨/銅復合材料的方法。

本發明的設計思路為：本發明采用天然鱗片石墨為原料，在其中加入氧化劑和插層劑制備可膨脹石墨；將可膨脹石墨和銅粉在v型混料機中充分混勻；再將混勻后的物料放入真空熱壓爐中原位插層膨脹；最后將原位插層后的物料放入真空熱壓爐中熱壓燒結，制得具有三維網絡結構且分散均勻的高性能石墨/銅復合材料。

本發明通過以下技術方案予以實現。

一種原位插層制備石墨/銅復合材料的方法，包括以下步驟：

S1、將天然鱗片石墨與高錳酸鉀粉末混合，然后向混合物料中加入高氯酸和乙酸，采用高錳酸鉀做氧化劑，高氯酸和乙酸做插層劑，持續攪拌反應物，進行氧化插層反應，其中反應溫度為20~30℃，反應時間為60~90 min，充分反應后制得可膨脹石墨原料；

S2、將步驟S1制得的可膨脹石墨原料水洗，直至濾液的pH值為5~7，可膨脹石墨原料抽濾脫水后，在45~60 ℃的條件下烘干，制得可膨脹石墨；

S3、將步驟S2制得的可膨脹石墨與銅粉在v型混料機中充分混合，混合時間為6~20 h；

S4、將步驟S3混合后的物料放入石墨磨具中，然后放置在真空燒結爐中，先進行原位插層膨化處理，溫度為250℃~800℃，真空度為10~100 Pa，壓力為0.1~1MPa，當壓力不再發生變化，即原位插層膨化完全后，真空燒結爐繼續升溫， 再進行真空熱壓燒結，溫度為850℃~1050℃，真空度為10~100 Pa，壓力為20~40MPa，制得石墨/銅復合材料。

進一步地，所述天然鱗片石墨的粒度為32目，含碳量為99%。

進一步地，在所述步驟S1中，制備可膨脹石墨原料所采用的原料組成及其質量百分比為：天然鱗片石墨：高錳酸鉀：高氯酸：乙酸=1:0.4~0.8:1~5:0.5~2。

進一步地，在所述步驟S2中，可膨脹石墨與銅粉的質量比為10~50%。

本發明與現有技術相比具有以下有益效果：