原位合成三维石墨烯增强铜基复合材料制备方法.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CN105525124A(43)申请公布日2016.04.27(21)申请号201610073109.7B22F9/24(2006.01)(22)申请日2016.02.02(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人赵乃勤张翔何春年师春生刘恩佐李家俊(74)专利代理机构天津市北洋有限责任专利代理事务所12201代理人程毓英(51)Int.Cl.C22C1/10(2006.01)C22C1/04(2006.01)C22C9/00(2006.01)B22F3/14(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称原位合成三维石墨烯增强铜基复合材料制备方法(57)摘要本发明涉及一种原位合成三维石墨烯增强铜基复合材料制备方法,包括：以三水合硝酸铜为铜源与固体碳源葡萄糖或柠檬酸与水溶性盐模板氯化钠混合，之后加入去离子水中溶解，搅拌均匀，得到前驱体溶液；冷冻干燥脱水得到混合粉末前驱体；升温至600～800℃，保温1～3h，之后快速降温冷却，得到自组装体粉末；抽滤洗去氯化钠，真空干燥；倒入硝酸铜的乙醇溶液；水浴蒸干，并于真空干燥；在气氛保护下，升温至600～800℃，保温1～3h，随炉降温，得到三维石墨烯-铜颗粒复合粉末；真空热压烧结技术成型。本发明所制得的块体材料具有石墨烯分散性好、与铜基体结合紧密的特点；同时具有强韧兼备的优异力学性能。CN105525124ACN105525124A权利要求书1/1页1.一种原位合成三维石墨烯增强铜基复合材料制备方法,其特征在于包括以下过程：①以三水合硝酸铜为铜源，按C与Cu元素摩尔比为3:1～4:1与固体碳源葡萄糖C6H12O6或柠檬酸C6H8O7，按照Na与Cu的元素摩尔比100:1～200:1与水溶性盐模板氯化钠NaCl混合，之后按照NaCl与水的质量比为1:3～1:5加入去离子水中溶解，磁力搅拌均匀，得到均一透明的前驱体溶液。②将步骤①中的前驱体溶液冷冻干燥脱水后得到的干燥固体粉末，研磨过筛后得到混合粉末前驱体；③将步骤②得到的复合粉末前驱体，在气氛保护下，升温速率为2～10℃/min升温至600～800℃，保温1～3h，之后快速降温冷却，得到三维氯化钠-石墨烯负载铜纳米颗粒的自组装体粉末；④将步骤③得到的自组装体粉末使用去离子水抽滤洗去氯化钠，真空干燥后得到三维石墨烯负载铜纳米颗粒复合粉末材料；⑤将步骤④得到的粉末材料倒入硝酸铜的乙醇溶液中，硝酸铜中铜元素与粉末材料中碳元素质量比为30:1～100:1，磁力搅拌均匀，超声处理半小时以上；置于70℃水浴锅内搅拌蒸干，并于真空干燥箱中80℃干燥得到碱式硝酸铜包覆三维石墨烯复合粉末材料；⑥将步骤⑤得到的粉末置于方舟中，在气氛保护下，升温速率为2～10℃/min升温至600～800℃，保温1～3h，随炉降温，得到三维石墨烯-铜颗粒复合粉末；⑦将步骤⑥的得到的粉末材料置于石墨模具内，采用真空热压烧结技术成型，烧结温度为600～1000℃，烧结保温时间0.2～1h，得到三维石墨烯增强铜基块体复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤③和步骤④的气氛为氢气、氮气、氩气或氢气+氮气、氢气+氩气中的一种，气体流速为50～200mL/min。2CN105525124A说明书1/6页原位合成三维石墨烯增强铜基复合材料制备方法技术领域[0001]本发明涉及一种原位合成三维石墨烯增强铜基复合材料制备方法，属于纳米材料制备技术。背景技术[0002]石墨烯由于具有特殊的单原子层结构，具有优异的抗拉强度和弹性模量，被人们认为是一类理想的纳米增强增韧材料，其褶皱的表面有助于提高其与基体界面间的结合力和接触面积；其独特的二维结构可有效阻碍位错的迁移和显著减少复合材料细小裂纹的扩展，因而在复合材料中具有重要的应用价值。铜基复合材料由于具有优异的力学性能，高导电性、导热性等功能特性在电子材料、结构材料领域得到了广泛的应用。已有的研究报道证实，将石墨烯加入到铜基体中，在不降低高导电性、导热性的同时可以有效地起到强韧化以提高力学性能的作用，发展前景光明。[0003]在块体复合材料的制备方法方面，目前研究者主要采用的是如粉末冶金机械混合、搅拌铸造等方法把石墨烯加入到金属基体中。韩国S.H.Hong教授课题组提出“分子级混合”结合放电等离子烧结的方法制备了石墨烯/铜复合材料。当氧化还原石墨烯的含量为2.5vol.％时，该复合材料的屈服强度达到了335MPa，比纯铜提高80％；上海交通大学张荻教授课题组利用杉木模板法制备三维多孔铜-浸渍氧化石墨烯-氢气还原技术制备了含有1.2vol.％还原氧化石墨烯增强体的铜基复合材料，其屈服强度达到了233MPa，比纯铜