一种石墨烯增强铜基复合材料及其制备方法和应用.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106756195A(43)申请公布日2017.05.31(21)申请号201710053220.4(22)申请日2017.01.22(71)申请人武汉大学地址430072湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学(72)发明人梅青松陈峰郭宜东李聪玲马烨李菊英(74)专利代理机构武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)42222代理人马丽娜(51)Int.Cl.C22C1/10(2006.01)C22C9/00(2006.01)C22C32/00(2006.01)B21B3/00(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称一种石墨烯增强铜基复合材料及其制备方法和应用(57)摘要本发明公开了一种石墨烯增强铜基复合材料及其制备方法和应用。将石墨烯-乙醇悬浮液均匀涂敷在纯铜片上，对折、压紧，然后进行连续多次轧制。在轧制力的作用下，铜基体变形进而带动石墨烯分散。随着轧制道次的增加，石墨烯除了随着轧制过程中样品的延长而在平行于轧制方向的面内分散外，在样品厚度方向也加速分散开，对样品进行后续放电等离子烧结最终获得均匀且高硬度的石墨烯增强铜基复合材料。该复合材料具有很高的硬度和塑韧性，硬度最高可达纯铜的4.2倍，在高耐磨导电材料领域具有良好的应用前景。该方法所需设备为工业轧机和放电等离子烧结炉，制备过程简单，成本低，有利于大规模工业应用。CN106756195ACN106756195A权利要求书1/1页1.一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取厚度均匀的纯铜片，除去表面的氧化膜和油污；(2)将石墨烯分散在乙醇中，超声震荡，得到石墨烯-乙醇悬浊液，将石墨烯-乙醇悬浊液均匀涂覆在处理好的纯铜片表面；待乙醇完全挥发后，将多片涂有石墨烯的纯铜片重叠，涂有石墨烯的一面保持朝向一致，然后将涂有石墨烯的一面朝内进行对折，然后轧制1道次，每轧制1道次后进行对折，然后再轧制1道次，重复对折-轧制所需道次，每道次轧制样品厚度的压下量≥50％；(3)在惰性气体保护下，对轧制好的样品进行放电等离子烧结，即得到石墨烯增强铜基复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中纯铜片的厚度为0.25mm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述的石墨烯体积为纯铜片的0.5％，石墨烯纯度为99.5％，粒径为5～10μm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中将两片纯铜片重叠后进行轧制，样品共重复对折-轧制5-10道次。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中采用工业轧机进行轧制，轧制速度为187mm/min。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述的惰性气体为氩气。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中的放电等离子烧结过程在石墨模具中进行，其中，烧结温度为850℃，烧结保温加压时间为10min，烧结压强为80MPa。8.一种石墨烯增强铜基复合材料，其特征在于：由权利要求1-7任一项所述的制备方法制备得到。9.根据权利要求8所述的石墨烯增强铜基复合材料，其特征在于：所述的石墨烯增强铜基复合材料，其硬度为纯铜的2-4.2倍。10.权利要求8或9所述的石墨烯增强铜基复合材料作为高耐磨导电材料的应用。2CN106756195A说明书1/4页一种石墨烯增强铜基复合材料及其制备方法和应用技术领域[0001]本发明涉及一种石墨烯增强铜基复合材料及其制备方法和应用，属于复合材料制备领域。背景技术[0002]材料的复合化是材料发展的必然趋势之一。相对于单一组分材料，复合材料具有更均衡的使用性能，更广泛的适用范围。根据原始材料的不同，制备复合材料的方法以及难度也不尽相同，其中，金属作为被广泛应用于多行业、多方向的材料，以其为基体进行复合材料制备一直是人们关注的重点。在金属基复合材料中，铜基复合材料以其化学性质较为稳定、加工性能较好等优点，尤为受到关注。[0003]相较于纯铜，铜基复合材料的优点主要表现在以下几个方面：第一，增强相能直接改善铜的力学性能。根据强化理论，在组织均匀的铜基体中添加第二相颗粒，在分布足够均匀的前提下，第二相颗粒能有效钉扎位错，阻塞位错运动，从而增强硬度、耐磨性以及抗剪强度等。第二，增强相能在一定程度上改善铜在不同环境中的化学适应性。纯铜在潮湿空气中易生成铜锈，虽起到了保护内部金属的作用，但很多场合表面也应避免出现锈斑。第三，通过添加不同特性的增强粒子，有望改善铜的许多特殊性能。如添加导电性好的增强体可能有助于改善铜的导电性。[0004]石墨烯是sp2杂化碳原子构成的蜂窝状晶格结构二维材料，它具有一系列新奇且优异的性能：石墨烯是