[发明专利]一种铜钨合金掺杂石墨烯的制备方法

说明书

本发明公开了一种铜钨合金掺杂石墨烯的制备方法，具体为通过化学镀的方法在钨粉表面均匀定量沉积一层铜，分别用PVA和PVP改变镀铜钨粉和石墨烯的表面状态，在液体介质中充分搅拌使镀铜钨粉和石墨烯充分混合得到复合粉末，然后通过冷压成型，热压烧结即可得到石墨烯掺杂的铜钨合金。这种方法不仅能够改善烧结过程的润湿性，而且相比于传统方法制备出来的合金在力学、电学、热学等性能方面有较大改进，将其应用到电触头时，真空烧蚀性能也得到提升，即触头的使用寿命延长，烧蚀的更加均匀。

技术领域

本发明涉及应用到电工材料领域，提高超高压开关综合性能的铜钨合金掺杂石墨烯的制备方法。

背景技术

FCC的Cu在BCC的W中固溶度很低，常温时既不相溶也不形成金属间化合物，是一种典型的伪合金。因此，CuW合金既保持了Cu的高导电、导热性能，又拥有W的高强度，高熔点和低的热膨胀系数，被广泛应用于各种工业领域，如中压高流真空开关，集成电路引线框和发动机燃烧室内衬材料等场合。

石墨烯的电子迁移率(1.5×104cm2/V·s)、热导率(5×103W/m·K)以及它的机械性能(杨氏模量1TPa，拉伸强度130GPa)都非常的高，石墨烯作为增强相对复合材料的硬度、相对密度、晶粒大小有较大影响。石墨烯(4.25ev)的功函数要比铜(4.65)的低，在真空电弧烧蚀时会优先放电，分散性良好的石墨烯能够有效的分散电弧，改变阴极斑点的运动轨迹，使复合材料烧蚀的更均匀。

粉末冶金是制备触头材料传统的方法，通过球磨、冷压、熔渗的过程制备出来的材料铜钨两相分布极不均匀，会有大量的铜富集区，材料的真空放电性能差。石墨烯在基体中的分散性对掺杂后材料的性能有着显著影响，但是石墨烯和铜钨材料润湿性差，如果石墨烯分散不均匀甚至大量的石墨烯团聚在一起甚至会恶化性能。有人尝试在石墨烯上镀各种金属以达到解决问题的目的，新引入的金属通常会和基体反应：比如镀镍，工艺复杂，污染大，不仅在1060℃钨和镍会反应生成Ni₄W、NiW、NiW₂脆性相影响合金的综合性能，而且大量镍元素的引入会产生镍-铜、镍-钨、镍-石墨烯的界面，界面的存在对材料的导电、导热会产生不利影响，同时界面作为一种二维缺陷会降低材料的真空电击穿性能。再者石墨烯表面复杂，容易团聚，通常在石墨烯表面镀的金属都是以颗粒状粘覆在石墨烯上并没有完全包裹，达不到石墨烯和钨的完全隔离，在高温烧结时钨粉会与碳质材料发生反应，生成W₂C和WC，虽然碳化物的存在会提高复合材料的硬度，但是显著降低导电性。也有人利用镀铜的钨粉制备铜钨合金，但是对钨粉的预处理会用到金属钯催化，成本极高，沉积的铜层结构粗糙，存在包裹不均匀、部分钨粉裸露、大量孔洞的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种在铜钨合金中掺杂石墨烯的方法，首先通过化学镀的方法在钨粉表面均匀的、定量的沉积一层铜，然后在镀铜的钨粉表面和石墨烯表面处理上一层表面活性剂使石墨烯能够均匀的分散到基体中去，最后通过液相热压烧结使铜原位融化烧结，避免了溶渗工艺中铜的长距离流动。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种铜钨合金掺杂石墨烯的制备方法，具体的操作步骤如下：

步骤1，钨粉预处理：将原始钨粉放入氢氧化钠溶液中超声清洗去除表面油污，洗涤。然后转入盐酸溶液中清洗，洗涤。最后放入PVP溶液中表面改性，洗涤；

步骤2，化学镀铜：将预处理的钨粉放入化学镀铜的镀液中，加热搅拌使其充分反应，得到Cu@W粉末；

步骤3，液体混粉：将Cu@W粉末放入表面活性剂PVA溶液中进行表面处理，然后过滤清洗，并重新将其分散在水中得PVA修饰的Cu@W悬浊液；另将石墨烯放入表面活性剂PVP溶液中进行表面处理，然后过滤清洗，并重新将其分散在水中得石墨烯溶液；在搅拌的条件下将石墨烯溶液逐滴滴入PVA修饰的Cu@W悬浊液中；充分搅拌后过滤洗涤，真空冷冻干燥，即可得到石墨烯掺杂的铜钨复合粉末；