[发明专利]一种石墨烯金刚石钨铜合金及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种石墨烯金刚石钨铜合金及其制备和应用。具体地，本发明公开了一种石墨烯金刚石钨铜合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：1)提供第一混合物，所述第一混合物包含铜粉和任选的分散剂；2)将所述第一混合物置于CVD炉中，在第一压力、第一温度和任选的第一气体下，通入气态碳源材料，反应得到石墨烯/铜粉体；3)将所述的石墨烯/铜粉体加入钨粉、金刚石粉，进行烧结处理，得到所述石墨烯金刚石钨铜合金。本发明还公开了以所述方法制备的石墨烯金刚石钨铜合金及其应用。所述制备方法具有工艺简单、原料廉价易得、安全环保、成本低、易于大规模推广的特点。所述石墨烯金刚石钨铜合金兼具高耐磨性能和高耐烧蚀性能。

技术领域

本发明涉及材料领域，具体地涉及一种石墨烯金刚石钨铜合金及其制备和应用。

背景技术

钨铜合金具有良好的导电导热性能，较好的高温强度，广泛应用于高压开关、微电子、机械和航空航天等领域。但是随着高压电网向大容量、超高压的发展，对钨铜合金的耐磨性能和耐烧蚀性能提出了更高的要求。为了增强钨铜合金的性能，文献报道的方法有在钨铜合金中添加第三相，例如添加稀土元素，稀土氧化物(La₂O₃，ThO₂，CeO₂)和第二相(HfC，TiC，WC)到钨铜合金中从而改善钨铜合金的电弧烧蚀性能。但是却降低了钨铜合金的电导率。因此，选用新型增强体，制备新型钨铜合金是提高材料综合性能的有效措施。单层碳原子的石墨烯作为一种新型的材料，具有优异的力学、光学、热导性、电荷传输性等。近十年来，用石墨烯作为增强相来实现增强机体材料的研究层出不穷。但是，石墨烯密度小、容易团聚以及制备过程中界面结合等问题是制约石墨烯/金属复合材料发展的重要原因。采用传统共混后通过熔渗的方法获得高性能的石墨烯金刚石钨铜合金将变得极为困难，因此阻碍了该领域内一些原创性研究工作的发展，同时也促使研究工作者们在复合材料的制备工作上提出新方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具优异摩擦磨损性能和耐烧蚀性能的石墨烯金刚石钨铜合金及其制备和应用。

本发明的第一方面，提供了一种石墨烯金刚石钨铜合金的制备方法，所述方法包括如下步骤：

1)提供第一混合物，所述第一混合物包含铜粉和任选的分散剂；

2)将所述第一混合物置于CVD炉中，在第一压力、第一温度和任选的第一气体下，通入气态碳源材料，反应得到石墨烯/铜粉体；

3)将所述的石墨烯/铜粉体加入钨粉、金刚石粉，进行烧结处理，得到所述石墨烯金刚石钨铜合金。

在另一优选例中，所述第一混合物包含铜粉和分散剂，其中，按所述第一混合物的总重量计，所述铜粉的质量分数为50-95wt％，较佳地60-93wt％，更佳地65-92wt％。

在另一优选例中，所述铜粉的(平均)粒径为10-500μm，较佳地20-350μm，更佳地25-250μm。

在另一优选例中，所述铜粉的纯度为99－99.99％，较佳地99.5－99.99％。

在另一优选例中，所述铜粉的形状选自下组：球状、片状、树枝状、类球形。

在另一优选例中，所述铜粉选自下组：电解铜粉、雾化铜粉、或其组合。

在另一优选例中，所述分散剂为在高温(1000℃)下稳定不分解且粒径小于铜粉的粉末。

在另一优选例中，所述分散剂选自下组：陶瓷粉、石墨粉、或其组合。

在另一优选例中，所述陶瓷粉选自下组：碳化物陶瓷粉、硼化物陶瓷粉、氮化物陶瓷粉、氧化物陶瓷粉、硅酸盐陶瓷粉、或其组合。

在另一优选例中，所述碳化物陶瓷粉选自下组：碳化钛、碳化铪、碳化锆、碳化钽、碳化硅、或其组合。