7]6)將經(jīng)過粉末冶金高致密化后的石墨烯/銅復(fù)合材料進(jìn)行熱擠壓處理，熱擠壓溫度為600°C，擠壓比為20，得到石墨烯/銅復(fù)合絲材。
[0078]7)將石墨烯/銅復(fù)合絲材進(jìn)行退火處理，溫度為450°C，時(shí)間2小時(shí)。
[0079]8)通過軋制工藝，將退火態(tài)石墨烯/銅復(fù)合絲材進(jìn)行軋制處理，得到石墨烯/銅復(fù)合帶材料，帶材厚度為1mm，所得帶材具有層狀結(jié)構(gòu)特征。將所得材料進(jìn)行性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)電阻率為2.5 ;密度為8.74g/cm3;維氏硬度HV為110 ;抗腐蝕性能比純銅提高22%。與實(shí)施例2比較發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過軋制后的石墨烯/銅復(fù)合材料硬度顯著提高。
[0080]實(shí)施例4
[0081]與實(shí)施例3不同之處在于:本實(shí)施例4改變了銅基體和石墨烯增強(qiáng)體在復(fù)合材料中的質(zhì)量比例、基體合金元素的添加量、以及針對(duì)配方對(duì)工藝參數(shù)做出的調(diào)整。
[0082]本實(shí)施例4制備石墨烯/銅復(fù)合材料的基本操作步驟如下:
[0083]I )石墨烯/銅復(fù)合材料的材料成分
[0084]石墨烯/銅復(fù)合材料的材料成分主要是金屬銅和石墨烯，其中金屬銅采用球磨片狀銅合金粉，鎳為基體合金元素，在銅合金中鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3wt% ;其中石墨烯的原料為采用機(jī)械剝離法制備的少層石墨稀，在復(fù)合材料中占比為5wt%，余量為金屬基體95wt%。
[0085]II )制備石墨烯/銅復(fù)合材料的基本步驟(工藝流程見附圖1)
[0086]I)稱取50g的銅镲合金粉及2.63g的高純鱗片石墨；
[0087]2)按照50:1的球料比，將磨球、銅鎳合金粉、鱗片石墨及酒精裝入球磨罐，球磨時(shí)間3小時(shí)。隨著球磨的進(jìn)行，將鱗片石墨剝離為少層石墨烯，球狀銅鎳合金粉變?yōu)槠瑺?，得到石墨?銅復(fù)合粉與酒精的混合液。
[0088]3)將石墨烯/銅復(fù)合粉與酒精的混合液冷凍干燥，冷凍干燥時(shí)間20-25小時(shí)，得到石墨烯/銅復(fù)合粉。
[0089]4)將石墨烯/銅復(fù)合粉進(jìn)行預(yù)成型，在氫氣氣氛下進(jìn)行還原處理，加熱溫度350 °C,時(shí)間5小時(shí)，夾雜的氧化物被還原。
[0090]5)利用冷等靜壓技術(shù)將石墨烯/銅復(fù)合粉壓制成型，得到石墨烯/銅坯錠，將該坯錠放置于燒結(jié)爐，氫氣氣氛下850°C燒結(jié)5小時(shí)。
[0091]6)將經(jīng)過粉末冶金高致密化后的石墨烯/銅復(fù)合材料進(jìn)行熱擠壓處理，熱擠壓溫度為700°C，擠壓比為40，得到石墨烯/銅復(fù)合絲材。發(fā)現(xiàn)電阻率為2.5 ;密度為8.71g/cm3;維氏硬度HV為100 ;拉伸強(qiáng)度為245MPa，延伸率為40% ;抗腐蝕性能比純銅提高24%。與實(shí)施例2比較發(fā)現(xiàn)，石墨烯添加量的增加，電阻率小幅降低，硬度得到提高，同時(shí)，抗腐蝕性能也得到進(jìn)一步提高。
[0092]7)將石墨烯/銅復(fù)合絲材進(jìn)行退火處理，溫度為450°C，時(shí)間2小時(shí)。
[0093]8)通過軋制工藝，將退火態(tài)石墨烯/銅復(fù)合絲材進(jìn)行軋制處理，得到石墨烯/銅復(fù)合帶材料，帶材厚度為0.6mm，所得帶材具有層狀結(jié)構(gòu)特征。將所得材料進(jìn)行性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)電阻率為2.5 ;密度為8.72g/cm3;維氏硬度HV為136 ;抗腐蝕性能比純銅提高25%。與實(shí)施例3比較發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過軋制后的石墨烯/銅復(fù)合材料硬度顯著提高。
[0094]應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施方式，本發(fā)明所述石墨烯/銅復(fù)合材料包括所有適用于該產(chǎn)品的體系，如改變基體銅合金種類，還可以是其他銅合金與石墨烯的組合，最終復(fù)合材料的配方應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行設(shè)計(jì)，并不局限與上述實(shí)施例的記載。
[0095]盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)該認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯/銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 第一步，按照材料設(shè)計(jì)成分分別稱取銅鎳合金粉及鱗片石墨； 第二步，將磨球、銅鎳合金粉、鱗片石墨及酒精裝入球磨罐，隨著球磨的進(jìn)行，將鱗片石墨剝離為少層石墨烯，球狀銅鎳合金粉變?yōu)槠瑺睿玫绞?銅復(fù)合粉與酒精的混合液； 第三步，將所述第二步中混合液冷凍干燥，得到石墨烯/銅復(fù)合粉； 第四步，將上述第三步中石墨烯/銅復(fù)合粉進(jìn)行預(yù)成型，在氫氣氣氛下進(jìn)行還原處理，將復(fù)合粉中夾雜的氧化成分還原，得到石墨烯/銅粉； 第五步，采用粉末冶金技術(shù)，將所述第四步中石墨烯/銅粉進(jìn)行成型、燒結(jié)處理，得到石墨稀/銅復(fù)合材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述第一步中:所述銅镲合金粉為霧化粉，銅镲合金中镲含量為0.3wt% _5wt%，石墨稀/銅復(fù)合材料中，石墨稀含量為0.5wt % -1Owt %。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯/銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述第二步中:所述球料比為20-100，酒精添加量不超過球磨罐容積的2/3，球磨時(shí)間為3-15小時(shí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的石墨烯/銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:在第五步之后，進(jìn)一步包括第六步:采用熱擠壓技術(shù)，同時(shí)采用木炭保護(hù)，防止材料氧化，將所述第五步中石墨烯/銅復(fù)合材料進(jìn)行擠壓處理，材料組織進(jìn)一步致密化，得到石墨烯/銅復(fù)合絲材。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯/銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:在第六步之后，進(jìn)一步包括第七步:采用軋制技術(shù)，將所述第六步中石墨烯/銅復(fù)合絲材進(jìn)行軋制處理，得到石墨烯/銅復(fù)合帶材，進(jìn)一步使石墨烯在銅基中取向分布，并形成層狀結(jié)構(gòu)，石墨烯增強(qiáng)效果提升。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的石墨烯/銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述第六步中，熱擠壓的溫度為500 °C -700 °C，擠壓比為20-60。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的石墨烯/銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述第七步中，乳制得到石墨稀/銅復(fù)合帶材料厚度為0.lmm-2mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的石墨烯/銅復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述石墨稀添加量為0.5wt% -1Owt %，球磨銅镲粉形貌為片狀，镲在合金中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3wt % -5wt %。
9.一種由上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述方法制備的得到的石墨烯/銅復(fù)合材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的石墨烯/銅復(fù)合材料，其特征在于:所述石墨烯/銅復(fù)合材料的電阻率為2.4?2.7，相對(duì)電導(dǎo)率IACS為63.84% -71.84% ;密度為8.71-8.76g/cm3，致密度達(dá)96.8% -97.6% ;維氏硬度HV為95-138 ;拉伸強(qiáng)度為246_250MPa ;延伸率為40% -44% ;抗腐蝕性能比純銅提高20% -25%。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種石墨烯/銅復(fù)合材料及其制備方法，將銅鎳合金粉與鱗片石墨共同機(jī)械球磨，機(jī)械球磨加入酒精作為濕磨介質(zhì)，可避免銅粉氧化。借助機(jī)械力從石墨中剝離出石墨烯，同時(shí)，微細(xì)銅鎳粉的存在，一方面促進(jìn)了石墨剝離過程的進(jìn)行，另一方面通過球磨作用，球狀銅鎳合金粉變?yōu)槠瑺罘?，初步得到石墨?銅復(fù)合粉，再通過粉末冶金、熱擠壓、軋制技術(shù)得到石墨烯/銅的復(fù)合塊材、復(fù)合絲材及復(fù)合帶材。本發(fā)明復(fù)合材料石墨烯分散均勻，且基體與增強(qiáng)體界面結(jié)合良好，石墨烯/銅復(fù)合材料具有優(yōu)異的物理性能。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，過程易控，易實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)應(yīng)用。
【IPC分類】C22C9-00, B22F9-22, B22F1-00, C22F1-08, C22C1-05, B22F9-04
【公開號(hào)】CN104711443
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510118008
【發(fā)明人】陳樂生, 王鵬鵬, 劉偉利, 毛琳
【申請(qǐng)人】上海和伍新材料科技有限公司
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年3月18日