[發(fā)明專利]石墨烯-碳納米管共同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110045837.8
• 申請日: 2021-01-14
• 公開（公告）號: CN112877561B
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊名;李鐵軍;劉文祎;王耀奇;侯紅亮
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航空制造技術(shù)研究院
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C1/05;C22F1/08;C22F1/02;B22F1/18;B22F3/14;C25D5/54;C25D3/38
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1.一種石墨烯-碳納米管共同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，其特征在于：所述復(fù)合材料包括銅基體以及取向分布于銅基體中的石墨烯和碳納米管，所述碳納米管的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形成石墨烯彌散復(fù)合的基本骨架，并在石墨烯與碳納米管之間形成π-π鍵；

所述石墨烯-碳納米管共同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)采用浮動催化法制備取向的碳納米管網(wǎng)絡(luò)；

(2)將石墨烯彌散復(fù)合在取向的碳納米管網(wǎng)絡(luò)中，形成石墨烯-碳納米管復(fù)合網(wǎng)絡(luò)；

(3)采用電化學(xué)方法在石墨烯-碳納米管復(fù)合網(wǎng)絡(luò)上沉積銅，得到沉積體；

(4)將沉積體壓制成型后真空熱壓燒結(jié)，之后在惰性氣體環(huán)境下進(jìn)行熱處理，得到石墨烯-碳納米管共同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料；

步驟(1)中，所述浮動催化法的制備參數(shù)為：注液速率0.1-20mL/h，載氣為純氫氣或氫氬混合氣，載氣總流量600-6000sccm，合成溫度800-1400℃，合成速度1-30m/min；

步驟(2)中，所述石墨烯采用等離子增強(qiáng)合成法制備，石墨烯因重力從反應(yīng)器出口處散落到取向的碳納米管網(wǎng)絡(luò)中；所述等離子增強(qiáng)合成法中碳源選用乙醇，注入速度為0.1-10mL/h，等離子發(fā)生器真空度10^-4-10^-6Pa，生輝氣體為氬氣，功率5-40W；

步驟(3)中，所述電化學(xué)方法采用二電極法或三電極法，所述二電極法中石墨烯-碳納米管復(fù)合網(wǎng)絡(luò)作為工作電極，銅線作為陽極，采用恒流沉積，電壓5-36V，電流2mA，沉積時間10-600s；所述三電極法中石墨烯-碳納米管復(fù)合網(wǎng)絡(luò)作為工作電極，銅線作為陽極，Cu/CuSO₄電極作為參比電極，采用恒壓沉積，電壓24V，電流0.05-6mA，沉積時間10-600s；

步驟(4)中，所述熱處理在氬氣環(huán)境下進(jìn)行，熱處理溫度為200-400℃，處理時間30-240min。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯-碳納米管共同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料，其特征在于：所述銅基復(fù)合材料中石墨烯與碳納米管的質(zhì)量比為1:1-1:20，石墨烯和碳納米管的復(fù)合量為8-40wt％。

3.一種如權(quán)利要求1或2所述的石墨烯-碳納米管共同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)采用浮動催化法制備取向的碳納米管網(wǎng)絡(luò)；

(2)將石墨烯彌散復(fù)合在取向的碳納米管網(wǎng)絡(luò)中，形成石墨烯-碳納米管復(fù)合網(wǎng)絡(luò)；

(3)采用電化學(xué)方法在石墨烯-碳納米管復(fù)合網(wǎng)絡(luò)上沉積銅，得到沉積體；

(4)將沉積體壓制成型后真空熱壓燒結(jié)，之后在惰性氣體環(huán)境下進(jìn)行熱處理，得到石墨烯-碳納米管共同增強(qiáng)銅基復(fù)合材料；

步驟(1)中，所述浮動催化法的制備參數(shù)為：注液速率0.1-20mL/h，載氣為純氫氣或氫氬混合氣，載氣總流量600-6000sccm，合成溫度800-1400℃，合成速度1-30m/min；

步驟(2)中，所述石墨烯采用等離子增強(qiáng)合成法制備，石墨烯因重力從反應(yīng)器出口處散落到取向的碳納米管網(wǎng)絡(luò)中；所述等離子增強(qiáng)合成法中碳源選用乙醇，注入速度為0.1-10mL/h，等離子發(fā)生器真空度10^-4-10^-6Pa，生輝氣體為氬氣，功率5-40W；

步驟(3)中，所述電化學(xué)方法采用二電極法或三電極法，所述二電極法中石墨烯-碳納米管復(fù)合網(wǎng)絡(luò)作為工作電極，銅線作為陽極，采用恒流沉積，電壓5-36V，電流2mA，沉積時間10-600s；所述三電極法中石墨烯-碳納米管復(fù)合網(wǎng)絡(luò)作為工作電極，銅線作為陽極，Cu/CuSO₄電極作為參比電極，采用恒壓沉積，電壓24V，電流0.05-6mA，沉積時間10-600s；

步驟(4)中，所述熱處理在氬氣環(huán)境下進(jìn)行，熱處理溫度為200-400℃，處理時間30-240min。