[發明專利]銅碳復合材料及其制備方法、用途與導電制品

在審

• 申請號: 202211430314.6
• 申請日: 2022-11-15
• 公開（公告）號: CN115786763A
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 王子京;于翔宇;王志成;蔣招漢;景遐明;龔深;肖堯
• 申請（專利權）人: 華為數字能源技術有限公司
• 主分類號: C22C9/00
• 分類號: C22C9/00;C22C49/02;C22C1/10;C22C47/08;H01B1/02;H01B13/00;C22C101/10
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 王春波

本申請提供了一種銅碳復合材料及其制備方法、用途與導電制品。該銅碳復合材料包括銅基體、碳材料以及能夠與所述碳材料發生合金化的中間元素，所述碳材料分散于所述銅基體的銅晶粒之間，所述銅碳復合材料的致密度為99.9％，所述銅碳復合材料的導電率≥105％IACS。該銅碳復合材料具有高密度以及高導電率的特點。

技術領域

本申請涉及一種導電材料，具體涉及一種銅碳復合材料及其制備方法、用途與導電制品。

背景技術

銅材料在電力電子行業已獲得廣泛應用。但隨著電子器件等功率密度的逐漸提高，對材料的導電性提出了越來越高的要求。由于材料的導電性與電子遷移速度正相關，提高電子在銅中的整體遷移速度是進一步提高銅的導電性的重要途徑。室溫下，碳納米管和石墨烯等碳材料中電子遷移率可高達2×10⁵cm²/(V·s)，銅的電子遷移率大約為50cm²/(V·s)。但是，碳材料內部的載流子濃度遠低于銅，大約相差三個數量級，這就導致碳材料單獨作為導體使用時導電率欠佳。基于此，如果實現銅中的高濃度電子在碳材料中傳輸，將大幅提高銅材料的導電率。現有對銅和碳進行復合的方法中，由于銅和碳兩者的材料性能差異較大，無法利用熔融鑄造方法進行復合，一般采用化學氣相沉積后疊層熱壓或粉末冶金的方法進行復合。然而，利用化學氣相沉積后疊層熱壓獲得的銅碳復合材料，碳層一般在銅箔的表面，需要多層壓合才能實現高導電率；且該方法獲得的銅碳復合材料一般為片狀結構，應用范圍受限。利用粉末冶金方法獲得的銅碳復合材料，其密度較低，很難獲得較高的導電率。因此，目前還無法獲得一種銅和碳材料分散融合的高密度以及高導電率的銅碳復合材料。

發明內容

本申請提供了一種銅碳復合材料及其制備方法、用途與導電制品，以獲得一種高密度以及高導電率的銅碳復合材料。

第一方面，本申請提供一種銅碳復合材料，該銅碳復合材料包括銅基體、碳材料以及能夠與所述碳材料發生合金化的中間元素，所述碳材料分散于所述銅基體的銅晶粒之間，所述銅碳復合材料的致密度可以達到99.9％，所述銅碳復合材料的導電率≥105％IACS。

本申請的銅碳復合材料，包括銅基體、碳材料和中間元素，中間元素為能夠與碳材料發生合金化的元素，由于中間元素的存在，碳材料的部分表面可先與中間元素發生合金化反應，以在制備過程中增加碳材料與銅的浸潤性，提高碳材料在銅基體中的分散性。本申請的銅碳復合材料可通過熔融鑄造獲得，因此，其密度較高，致密度可達99.9％，且具有較高的導電率，導電率可≥105％IACS，有的可達110％IACS。其中，標準退火純銅的導電率為100％IACS。

在一種可選的實現方式中，所述碳材料在所述銅碳復合材料中的質量占比為0.5～2％。由于碳材料的密度較輕，要遠低于銅的密度，因此，當銅碳復合材料中碳材料的質量占比在0.5～2％范圍內時，可顯著提高碳材料在銅中的分散密度，進而可提高銅碳復合材料的導電率。

在一種可選的實現方式中，所述碳材料包括碳納米管、碳粉、石墨粉、石墨烯或碳纖維中的至少一種。

在一種可選的實現方式中，所述中間元素在所述銅碳復合材料中的質量占比為0.5～1.2％。通過控制中間元素的添加量，可有助于碳材料在銅碳復合材料中均勻分散，且不會影響銅碳復合材料的導電率。

在一種可選的實現方式中，所述中間元素在所述銅中的固溶度小于等于1％。通過選用在銅中的室溫固溶度小于1％的元素作為中間元素，可避免中間元素與銅形成合金，影響銅碳復合材料的導電率。其中，室溫固溶度為25±5℃下的固溶度。