[发明专利]一种负载铜的石墨烯增强铜基复合材料及制备方法

说明书

本发明公开了一种负载铜的石墨烯增强铜基复合材料及制备方法，包括以下制备步骤，配置氧化石墨烯和铜离子溶液，将二者混合，调节pH值，加入还原剂后移入水浴锅中进行反应，将反应产物离心洗涤干燥得到负载铜粒子的石墨烯粉末；将负载铜的石墨烯粉末与铜粉溶于丙酮中搅拌干燥，得到负载铜的石墨烯与铜粉的复合粉体，将该复合粉体进行机械混粉，压制，热压烧结最终得到负载铜石墨烯增强的铜基复合材料。通过上述方法，本发明能够将铜粒子引入石墨烯片层中，有效解决了石墨烯易团聚的问题，使石墨烯能够均匀的分散在金属基体上，获得了综合性能优异的石墨烯增强的铜基块体复合材料。

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种负载铜的石墨烯增强铜基复合材料，本发明还涉及该铜基复合材料的制备方法。

背景技术

铜基复合材料具有优异的力学性能和物理性能，在开关触头、微电子及电器控制中的各种控制插接件、电阻焊电极、电磁炮轨道系统、微波管等领域中具有广泛的应用。尽管传统的颗粒增强和纤维增强铜基复合材料具有良好的力学性能，但导电和导热性能较低。随着电器向小型化、多功能化和大功率的发展，对铜基复合材料提出了更高的性能要求，如优异的导热性和导电性、良好的抗高温软化、抗电弧侵蚀和抗磨损能力等，传统的铜基复合材料越来越不能满足工程实际的需要。

石墨烯是一种由碳原子经过sp2杂化后堆积形成的具有二维蜂窝状结构的新型材料，具有优异的导电导热性能，高的杨氏模量和硬度，是迄今发现的最薄，强度最大的纳米材料，是金属基复合材料理想的增强体。将石墨烯作为增强体不仅可以保持铜基体优良的导电导热性能，并且可以提高铜基体的强度，有望制备出综合性能优异的石墨烯增强的铜基复合材料。但是，由于石墨烯超大的比表面积导致其容易产生团聚，难以实现在金属基体上均匀分散，使石墨烯自身优异性能得不到充分发挥，制约了石墨烯在铜基块体复合材料的广泛应用。因此，研发一种有效分散石墨烯的方法，实现石墨烯在铜基体中的均匀分散，对制备高性能的石墨烯增强的铜基块体复合材料具有重要的工程意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种负载铜的石墨烯增强铜基复合材料，解决了传统Al₂O₃增强铜基复合材料导电率差的问题。

本发明的另一个目的是提供一种负载铜石墨烯增强铜基复合材料的制备方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种负载铜石墨烯增强铜基复合材料，按质量百分比由以下组分组成：Cu 97-99.9％、负载铜的石墨烯0.1-3％，以上各组分质量百分比之和为100％，负载铜的石墨烯中铜元素的质量占比为24.02％-28.22％。

本发明所采用的第二个技术方案是，一种负载铜石墨烯增强铜基复合材料的制备方法，具体操作步骤如下：

步骤1，按照质量百分比分别称取如下材料：氧化石墨烯15-30％，硝酸铜70-85％，以上组分质量百分比之和为100％；

步骤2，将氧化石墨烯添加至去离子水中，搅拌30min后继续超声分散90min，制得氧化石墨烯溶液；

步骤3，将硝酸铜溶于酒精溶液中，即得到硝酸铜溶液；

步骤4，将硝酸铜溶液逐滴加入到氧化石墨烯溶液中，滴加过程同时进行搅拌，待滴加结束后继续搅拌30min，再进行超声处理60min，即得混合溶液；

步骤5，配制2mol/L氢氧化钠溶液，使用氢氧化钠溶液将混合溶液pH值调节至9-11，得到调节溶液，随后在调节溶液中逐滴加入水合肼，再转移至90℃水浴锅中保温2-4h，保温过程中进行磁力搅拌，保温结束后取出，自然冷却至室温，然后用吸管吸掉上层清液，对剩余絮状物首先使用酒精和去离子水洗涤，再进行离心处理，得到固体产物；

步骤6，将固体产物进行冷冻干燥，即得负载铜粒子的石墨烯粉末；