[發(fā)明專(zhuān)利]一種銅合金復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111090718.0
• 申請(qǐng)日: 2021-09-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113913640B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉歡;包晨偉;巨佳;吳玉娜;禚孝儒;李旋;房夢(mèng)飛;胡亮
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河海大學(xué);南京工程學(xué)院;南京晶脈科技有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C22C9/00
• 分類(lèi)號(hào): C22C9/00;C22C1/05;B22F9/04;B22F1/142;B22F1/10;B22F3/14;B22F3/04;H01B1/02;B21C23/00
• 代理公司: 南京燦爛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32356
• 代理人: 安士影

本發(fā)明公開(kāi)了一種銅合金復(fù)合材料，包括以下組分，石墨烯0.55~0.82wt%、分散劑0.5?1wt%和余量的銅粉；所述高強(qiáng)高導(dǎo)石墨烯/銅復(fù)合材料為銅?CuC₂?石墨烯多層復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種銅合金復(fù)合材料的制備方法及其在電子信息和航空航天用線(xiàn)纜中的應(yīng)用。本發(fā)明將石墨烯、分散劑和銅粉進(jìn)行固相混合；將混好的料進(jìn)行球磨，并對(duì)球磨后的粉末進(jìn)行退火處理；把退火后的粉末壓制成形，并對(duì)其進(jìn)行加壓燒結(jié)；將制成的樣品進(jìn)行熱擠壓處理，以達(dá)到細(xì)化晶粒、消除缺陷、提升力學(xué)性能和導(dǎo)電性能的目的；本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)石墨烯在復(fù)合材料中的良好分散，在顯著提升抗拉強(qiáng)度的同時(shí)，還能兼顧導(dǎo)電性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種銅合金復(fù)合材料及其制備方法和應(yīng)用，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

作為人類(lèi)最早使用的金屬之一，銅及其合金由于具有優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能，因此被廣泛應(yīng)用于電力輸送、汽車(chē)制造、航空航天等領(lǐng)域。但是銅自身的力學(xué)性能較差、強(qiáng)度低、高溫下易氧化變形，使用中易出現(xiàn)折斷的現(xiàn)象，這在一定程度上限制了其應(yīng)用，因此研究具有優(yōu)良導(dǎo)電導(dǎo)熱性能且具有高強(qiáng)度的銅基復(fù)合材料十分有必要。石墨烯是一種以sp²雜化連接的碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的新材料，是目前已知強(qiáng)度最高的材料之一，固有拉伸強(qiáng)度為130GPa；熱導(dǎo)率高達(dá)5300W/mK，同時(shí)石墨烯電阻率僅為10nΩ·m。將石墨烯作為增強(qiáng)體所得到的銅基復(fù)合材料，兼具了銅優(yōu)良的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能以及石墨的耐腐蝕性和強(qiáng)度，有望為電子信息和航空航天等領(lǐng)域提供高質(zhì)量高性能的線(xiàn)纜。傳統(tǒng)制備石墨烯/銅復(fù)合材料的方法主要包括熔融鑄造法、電化學(xué)沉積法和粉末冶金法等，但制備過(guò)程中存在以下問(wèn)題：1）熔融鑄造法制備時(shí)石墨烯和銅密度差異較大，且界面不潤(rùn)濕，石墨烯在銅基體中易出現(xiàn)燒損、團(tuán)聚現(xiàn)象；2）電化學(xué)沉積法中沉積液的參數(shù)選擇對(duì)復(fù)合材料的組織與性能影響較大，制備過(guò)程不易控制；3）傳統(tǒng)粉末冶金法銅與石墨烯在壓力成形過(guò)程中易出現(xiàn)裂紋和孔隙等缺陷。因此如何獲得高性能的石墨烯/銅復(fù)合材料是目前亟待解決的一個(gè)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，本發(fā)明提供一種銅合金復(fù)合材料，該材料的抗拉強(qiáng)度提升明顯，材料綜合力學(xué)性能和電導(dǎo)率得到顯著改善。

同時(shí)，本發(fā)明提供一種銅合金復(fù)合材料的制備方法，該法石墨烯分散均勻、石墨烯在銅基體中不易出現(xiàn)燒損、團(tuán)聚現(xiàn)象；該法還可使銅和石墨烯在溫度和應(yīng)力作用下發(fā)生原子的互擴(kuò)散使之形成三層復(fù)合結(jié)構(gòu)擴(kuò)散冶金結(jié)合層，以此來(lái)提高兩者界面的結(jié)合力，提升材料強(qiáng)度，提高復(fù)合材料的力學(xué)性能和電導(dǎo)率。該法解決了石墨烯與銅復(fù)合后界面結(jié)合力弱、出現(xiàn)裂紋和孔隙以及石墨烯燒損和團(tuán)聚的技術(shù)問(wèn)題。

同時(shí)，本發(fā)明提供一種銅合金復(fù)合材料在電子信息和航空航天用線(xiàn)纜中的應(yīng)用。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種銅合金復(fù)合材料，包括以下組分，石墨烯0.55~0.82wt%、分散劑0.5-1wt%和余量的銅粉；所述高強(qiáng)高導(dǎo)石墨烯/銅復(fù)合材料為銅-CuC₂-石墨烯多層復(fù)合結(jié)構(gòu)。

所述分散劑為改性聚乙烯醇。

所述改性聚乙烯醇的制備方法為：

S01.按質(zhì)量比1:1.5稱(chēng)取六壬基三甲基氫氧化胺和聚乙烯醇，并按固液比1:3加入去離子水，在45~65℃下磁力攪拌30~45min配成混合溶液；

S02.向混合溶液中繼續(xù)加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.7%的六偏磷酸鉀溶液，并超聲分散1~2h；混合溶液與六偏磷酸鉀溶液的體積比為（9.3~19.1）：1；

S03.將分散后的混合溶液靜置沉淀后，進(jìn)行抽濾洗滌至沉淀無(wú)泡沫產(chǎn)生；

S04.將沉淀進(jìn)行-10~-25℃冷凍干燥10~24h后得到改性聚乙烯醇。

一種銅合金復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：