[发明专利]一种铜合金复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种铜合金复合材料，包括以下组分，石墨烯0.55~0.82wt%、分散剂0.5‑1wt%和余量的铜粉；所述高强高导石墨烯/铜复合材料为铜‑CuC₂‑石墨烯多层复合结构。本发明还公开了一种铜合金复合材料的制备方法及其在电子信息和航空航天用线缆中的应用。本发明将石墨烯、分散剂和铜粉进行固相混合；将混好的料进行球磨，并对球磨后的粉末进行退火处理；把退火后的粉末压制成形，并对其进行加压烧结；将制成的样品进行热挤压处理，以达到细化晶粒、消除缺陷、提升力学性能和导电性能的目的；本发明能实现石墨烯在复合材料中的良好分散，在显著提升抗拉强度的同时，还能兼顾导电性。

技术领域

本发明涉及一种铜合金复合材料及其制备方法和应用，属于复合材料技术领域。

背景技术

作为人类最早使用的金属之一，铜及其合金由于具有优良的导电导热性能，因此被广泛应用于电力输送、汽车制造、航空航天等领域。但是铜自身的力学性能较差、强度低、高温下易氧化变形，使用中易出现折断的现象，这在一定程度上限制了其应用，因此研究具有优良导电导热性能且具有高强度的铜基复合材料十分有必要。石墨烯是一种以sp²杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状结构的新材料，是目前已知强度最高的材料之一，固有拉伸强度为130GPa；热导率高达5300W/mK，同时石墨烯电阻率仅为10nΩ·m。将石墨烯作为增强体所得到的铜基复合材料，兼具了铜优良的导电导热性能以及石墨的耐腐蚀性和强度，有望为电子信息和航空航天等领域提供高质量高性能的线缆。传统制备石墨烯/铜复合材料的方法主要包括熔融铸造法、电化学沉积法和粉末冶金法等，但制备过程中存在以下问题：1）熔融铸造法制备时石墨烯和铜密度差异较大，且界面不润湿，石墨烯在铜基体中易出现烧损、团聚现象；2）电化学沉积法中沉积液的参数选择对复合材料的组织与性能影响较大，制备过程不易控制；3）传统粉末冶金法铜与石墨烯在压力成形过程中易出现裂纹和孔隙等缺陷。因此如何获得高性能的石墨烯/铜复合材料是目前亟待解决的一个问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，本发明提供一种铜合金复合材料，该材料的抗拉强度提升明显，材料综合力学性能和电导率得到显著改善。

同时，本发明提供一种铜合金复合材料的制备方法，该法石墨烯分散均匀、石墨烯在铜基体中不易出现烧损、团聚现象；该法还可使铜和石墨烯在温度和应力作用下发生原子的互扩散使之形成三层复合结构扩散冶金结合层，以此来提高两者界面的结合力，提升材料强度，提高复合材料的力学性能和电导率。该法解决了石墨烯与铜复合后界面结合力弱、出现裂纹和孔隙以及石墨烯烧损和团聚的技术问题。

同时，本发明提供一种铜合金复合材料在电子信息和航空航天用线缆中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种铜合金复合材料，包括以下组分，石墨烯0.55~0.82wt%、分散剂0.5-1wt%和余量的铜粉；所述高强高导石墨烯/铜复合材料为铜-CuC₂-石墨烯多层复合结构。

所述分散剂为改性聚乙烯醇。

所述改性聚乙烯醇的制备方法为：

S01.按质量比1:1.5称取六壬基三甲基氢氧化胺和聚乙烯醇，并按固液比1:3加入去离子水，在45~65℃下磁力搅拌30~45min配成混合溶液；

S02.向混合溶液中继续加入质量分数为7.7%的六偏磷酸钾溶液，并超声分散1~2h；混合溶液与六偏磷酸钾溶液的体积比为（9.3~19.1）：1；

S03.将分散后的混合溶液静置沉淀后，进行抽滤洗涤至沉淀无泡沫产生；

S04.将沉淀进行-10~-25℃冷冻干燥10~24h后得到改性聚乙烯醇。

一种铜合金复合材料的制备方法，包括以下步骤：