[發(fā)明專利]一種高電導(dǎo)率銅基復(fù)合材料的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011307029.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN112458518B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鮑瑞;劉鵬;易健宏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號(hào): C25D13/16
• 分類號(hào): C25D13/16;H01B1/02;C21D9/46;C22F1/08;C25D13/02
• 代理公司: 昆明人從眾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 53204
• 代理人: 李曉亞

本發(fā)明公開一種高電導(dǎo)率銅基復(fù)合材料的制備方法，以銅箔為基體，運(yùn)用電泳沉積的方法，將碳量子點(diǎn)沉積到銅箔基體上，并根據(jù)電泳沉積參數(shù)的不同選擇性地采用氣氛爐還原處理或真空退火處理，最終得到一種高電導(dǎo)率的碳量子點(diǎn)?銅基復(fù)合材料；本發(fā)明方法制備的復(fù)合銅基復(fù)合材料，碳量子點(diǎn)分布均勻，碳層致密，且與銅基復(fù)合材料基體結(jié)合牢固，相對(duì)于單一銅基體的電導(dǎo)率和耐氧化性得到了較大的提升，可廣泛應(yīng)用于集成電路、鋰電池負(fù)極、電磁屏蔽和熱管理等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高電導(dǎo)率銅基復(fù)合材料的制備方法，屬于復(fù)合材料和材料制備領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高性能銅基復(fù)合材料，一般指抗拉強(qiáng)度（G_b）為純銅2-10倍(350-2000MPa)，導(dǎo)電率一般為純銅50%~95%。其主要應(yīng)用領(lǐng)域電子信息產(chǎn)業(yè)超大規(guī)模集成電路引線框架，國防軍工用電子對(duì)抗，雷達(dá)，大功率軍用微波管，高脈沖磁場導(dǎo)體，核裝備和運(yùn)載火箭，高速軌道交通用架空導(dǎo)線，300-1250kW大功率調(diào)頻調(diào)速異步牽引電動(dòng)機(jī)導(dǎo)條與端環(huán)，汽車工業(yè)用電阻焊電極頭，冶金工業(yè)用連鑄機(jī)結(jié)晶器，電真空器件和電器工程用開關(guān)觸橋等，因此這類材料在眾多高新技術(shù)領(lǐng)域有著廣闊應(yīng)用前景。高性能銅基復(fù)合材料可以實(shí)現(xiàn)電阻的大幅度下降，從而帶來銅耗的直接降低，無論在哪個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用都可以使效率全面提升。例如對(duì)于電動(dòng)機(jī)而言，電流容量和導(dǎo)熱能力的提升會(huì)提高電密和熱負(fù)荷的選擇上限，帶來定子的體積的減小、轉(zhuǎn)矩和功率密度上升。高導(dǎo)電的銅基材料不僅對(duì)電機(jī)性能的提升有利，也可以應(yīng)用到變頻器中，提高變頻效率，此外還可以應(yīng)用到電網(wǎng)輸配電上，帶來電損的降低，有利于節(jié)約能耗和成本。

制備高性能銅基復(fù)合材料的關(guān)鍵在于其成型工藝，通過前期的研究和探索，發(fā)現(xiàn)如何收集和制備高品質(zhì)的碳材料；使碳材料具有一定方向排列和增加碳材料與銅基體之間結(jié)合力這三個(gè)問題是阻礙該復(fù)合材料發(fā)展和使用的關(guān)鍵，盡管目前已在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出了許多制造成型方法，如粉末冶金，鑄造法，電化學(xué)沉積和原位生長等，但是能達(dá)到了130%標(biāo)準(zhǔn)銅電導(dǎo)率的方法都無法批量制造，只能在實(shí)驗(yàn)室里生產(chǎn)少量樣品。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)生產(chǎn)效率低，工藝流程復(fù)雜等問題，本發(fā)明提供一種能夠快速有效、簡單可控制備高電導(dǎo)率銅基復(fù)合材料的制備方法，該方法制備的銅基復(fù)合材料，碳量子點(diǎn)分布均勻，碳層致密，且與銅基體結(jié)合牢固，相對(duì)于單一銅基復(fù)合材料的電導(dǎo)率和耐氧化性得到了較大的提升，可廣泛應(yīng)用于集成電路、鋰電池負(fù)極、電磁屏蔽和熱管理等領(lǐng)域。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種高電導(dǎo)率銅基復(fù)合材料的制備方法，以銅箔為基體，運(yùn)用電泳沉積的方法，將按照現(xiàn)有方法預(yù)先制備好的高電導(dǎo)率的碳量子點(diǎn)沉積到銅箔基體上，并根據(jù)電泳沉積產(chǎn)物進(jìn)行后處理，最終得到一種高電導(dǎo)率的碳量子點(diǎn)-銅基復(fù)合材料。

所述銅箔的厚度為0.01~3.0mm，根據(jù)后續(xù)需要對(duì)形狀進(jìn)行裁剪。

所述電泳沉積可以在三電極體系或雙電極體系中進(jìn)行電沉積。

所述三電極體系中工作電極為銅箔，對(duì)電極為鉑片電極或鈦片電極，參比電極為飽和Ag/AgCl電極或飽和甘汞電極，電解液為濃度為1.0~10.0mg/mL的碳量子點(diǎn)水分散液，采用的電源為電化學(xué)工作站。

所述雙電極體系中工作電極為銅箔，對(duì)電極為鉑片電極或鈦片電極，對(duì)電極的面積應(yīng)大于工作電極，電解液是將碳量子點(diǎn)、單質(zhì)碘和丙酮按照質(zhì)量比1~3:5:40混合并分散均勻后得到的，采用的電源為穩(wěn)壓直流電源。

所述三電極體系沉積時(shí)采用恒電勢極化，0.1~0.2V恒電勢下極化300~600s。

所述雙電極體系沉積時(shí)，將工作電極作為負(fù)極，對(duì)電極作為正極，沉積電壓為5~20V，沉積時(shí)間為10~30s。

所述三電極體系得到的電泳沉積產(chǎn)物的后處理工藝為：在還原氣氛下，250~350℃還原0.5~2.0小時(shí)，所述還原氣氛為氫氣或一氧化碳，或者氫氣或一氧化碳與氮?dú)狻鍤狻⒑馄渲幸环N或任意比例混合幾種的混合氣。