一种球形铜粉表面原位生长三维石墨烯的制备方法.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CN106270485A(43)申请公布日2017.01.04(21)申请号201610697806.X(22)申请日2016.08.18(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号天津大学(72)发明人赵乃勤杨昆明何春年师春生刘恩佐(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人王丽(51)Int.Cl.B22F1/00(2006.01)B22F1/02(2006.01)C23C16/26(2006.01)C23C16/44(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图5页(54)发明名称一种球形铜粉表面原位生长三维石墨烯的制备方法(57)摘要本发明涉及一种球形铜粉表面原位生长三维石墨烯的制备方法。将聚甲基丙烯酸甲酯和钢球按照质量比为1:10～20放入球磨罐中，抽真空后充满氩气作为保护性气氛；经过球磨，制得聚甲基丙烯酸甲酯复合粉末；将复合粉末和纳米铜粉按照(0.1-0.3)：10混合后放进管式炉中原位化学气相还原；温度800℃，还原气氛为氢气，保护性气氛为氩气，氢气和氩气的流量比为1:2～2:1；还原时间5～15min；聚甲基丙烯酸甲酯分解生成的碳原子在铜表面生成石墨烯，得到原位生长的三维石墨烯包覆铜的复合材料。本发明利用球磨法和粉末冶金法原位生长石墨烯，并且实现了对铜基体材料的强化，对于高强铜材在电子器件上的应用有着较好的前景。CN106270485ACN106270485A权利要求书1/1页1.一种球形铜粉表面原位生长三维石墨烯的制备方法；其特征包括以下过程：(1)球磨聚甲基丙烯酸甲酯：将聚甲基丙烯酸甲酯和钢球按照质量比为1:10～20放入球磨罐中，抽真空后充满氩气作为保护性气氛；经过球磨，制得聚甲基丙烯酸甲酯复合粉末；(2)铜—聚甲基丙烯酸甲酯复合粉末的原位化学气相还原将步骤(1)制得的聚甲基丙烯酸甲酯复合粉末和纳米铜粉按照质量比为(0.1-0.3)：10混合后放进管式炉中进行原位化学气相还原；还原温度800℃，还原气氛为氢气，保护性气氛为氩气，氢气和氩气的流量比为1:2～2:1；还原时间为5～15min；聚甲基丙烯酸甲酯分解生成的碳原子在铜表面生成石墨烯，得到原位生长的三维石墨烯包覆铜的复合材料。2.如权利要求1所述的方法,其特征是步骤1)聚甲基丙烯酸甲酯和钢球按照质量比为1:15。3.如权利要求1所述的方法,其特征是步骤1)聚甲基丙烯酸甲酯复合粉末和纳米铜粉质量比为0.1:10，氢气和氩气的流量比为100:200ml/min，还原时间为10min。4.如权利要求1所述的方法，其特征是步骤1)球磨转速为400-600转/分钟，球磨时间2-4h。5.如权利要求1所述的方法，其特征是步骤2)气体流量设定在100-200ml/min。2CN106270485A说明书1/5页一种球形铜粉表面原位生长三维石墨烯的制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种利用原位化学气相还原法粉末冶金原位生长三维石墨烯包覆铜复合材料的方法，属于粉末冶金技术领域。背景技术[0002]铜是一种导电性、延展性、导热性都很好的材料，广泛应用于电气、机械和国防等工业。美中不足的是，铜材的强度很低，在电子器件(例如PCB板)的应用上由于强度不够高而产生种种问题，例如寿命缩短，易于损坏等。随着社会发展以及能源的紧张，人们对于轻质高强的材料出现了更多的需求，铜基复合材料是一种理想的材料来实现这些要求。在高强度铜材(例如强度可高达1500MPa的铍青铜)的制备上，传统的方法借助于合金化法以及添加第二项颗粒得以实现，但是铜合金强度的提高是建立在导电、导热等性能下降的基础上。复合材料法同样适用于铜材的制备，根据复合材料设计法则(Ec＝(1-f)Em+fEp)，第二相的添加在实现强化效果的同时，还可以克服基体材料的一些不足，从而获得轻质高强的铜材，克服传统方法的不足。[0003]单层碳原子的石墨烯作为一种新型的材料，除了在能源方面的应用，它具有优良的力学性能，是目前为止发现的最为坚硬的材料。近几年来，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。目前很多研究着眼于把石墨烯片或者还原氧化石墨烯直接和铜粉进行球磨混合以达到和金属粉末均匀混合的目的，但是这会造成石墨烯的团聚并对石墨烯造成损伤。此外，由于片状的二维结构，石墨烯片在复合材料中能够承载的取向受到限制，不能够完全发挥石墨烯的增强效果。这是目前石墨烯增强金属基材料做遇到的瓶颈所在，如何做到石墨烯在金属基体中均匀分散以及结构完好是目前研究的焦点。[0004]该项发明采用原位化学气相还原法，先将固体碳源PMMA球磨使其变成粒径小、表面较粗糙的小颗粒。再将平均粒径为850纳米的铜粉和球磨过的固体碳源混合，由