[发明专利]一种高强高导石墨烯/铜铝复合材料及其制备方法

说明书

本发明的目的是提供一种高强高导石墨烯/铜铝复合材料及其制备方法，该方法易于操作，效率高。方法如下：将铜铝粉和高纯石墨粉均匀混合，压制成坯锭，烧结并保温；坯料热挤压成板材；冷轧并退火处理，将板材切断成小段再压制成坯锭；继续烧结，然后将坯料装入铜包套中，将包套进行脱皮热挤压成板材；继续重复冷轧及其后的步骤多次，得到所述石墨烯/铜铝复合材料。本发明的方法保持了石墨烯原有的物理特性，并且石墨烯在复合材料中分布均匀，本方法制备的复合材料抗拉强度大于450MPa，同时还能保持90％IACS以上的电导率。

技术领域

本发明涉及电工材料领域，具体涉及一种高强高导石墨烯/铜铝复合材料及其制备方法。

背景技术

高强高导电铜基复合材料在轨道交通、远距离输电等行业里有着广阔的应用前景，其中石墨烯增强铜基复合材料是最有潜力的新型材料，石墨烯增强金属基复合材料的关键问题主要在于：1、石墨烯在基体中的分散均匀性；2、石墨烯与金属基体之间的界面作用；3、石墨烯结构的完整性。4、同时做为大批量应用，还要考虑到材料及加工过程的经济性问题。

单层、少层石墨烯的结构完整，性能优异，但容易团聚、不易分散，而且价格昂贵，限制了其使用；氧化石墨烯可大批量生产,价格相对较低，但氧化-还原过程的石墨烯表面存在较多缺陷,如残余官能团、空位缺陷、大量晶界等,降低了石墨烯的力学性能与功能特性。

目前石墨烯/铜复合材料的复合方法有粉末冶金法、分子级混合法、cvd化学气相沉积法等。粉末冶金法工艺简单，但难于解决石墨烯在铜基的均匀分布问题；分子级混合法石墨烯分散效果好，但该法生产量低,且制备过程中杂质离子难以洗涤干净,制约了应用与推广；cvd化学气相沉积法是具有催化作用的金属粉体表面(如铜、镍)直接生长石墨烯，该分散方法的核心在于CVD生长石墨烯,因此在生长过程中的较多影响因素、不易控、工艺复杂等缺点是该分散方法的主要瓶颈。

发明内容：

基于以上不足之处，本发明的目的是提供一种高强高导石墨烯/铜铝复合材料的制备方法，解决了背景技术中的问题。

本发明提供如下技术方案：一种高强高导石墨烯/铜铝复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、混粉：将-320目的铜铝粉和平均粒度为2-4μm的高纯石墨粉均匀混合，所述的铜铝粉中铝的质量百分比为0.001％-0.005wt％，高纯石墨与铜铝粉的重量比为0.001-0.5％；

步骤2、压制：采用等静压的方式将混合粉压制成坯锭；

步骤3、烧结：在保护气氛或真空条件下烧结并保温；

步骤4、热挤压：将烧结后的坯料热挤压成板材；

步骤5、冷轧：将板材冷轧，每次变形量为20％进行退火处理；

步骤6、冲裁：将板材切断成小段；

步骤7、压制：将冲裁的小段压制成坯锭；

步骤8、烧结：在保护气氛或真空条件下烧结并保温；

步骤9、包套：将坯料装入铜包套中，抽真空，封口；

步骤10、脱皮热挤压：将包套进行脱皮热挤压成板材；

步骤11、重复步骤5-10为一个循环，循环次数4-8次，得到所述石墨烯/铜铝复合材料。

进一步，步骤1还包括如下：将铜铝粉和高纯石墨粉球磨混合2-4小时，球料比为2-5：1。

进一步，步骤3还包括如下：烧结温度为900-1050度，保温2-4小时。

进一步，步骤4还包括如下：挤压温度800-950度，挤压比大于100。进一步，步骤5还包括如下：采用异步轧制的方法将板材冷轧到0.1-1mm厚，速比为2：1。