[发明专利]一种石墨复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨复合材料，由石墨基体，及其表层的铜金锌合金层构成，所述铜金锌合金层由铜镀层、金镀层和锌镀层经合金化处理得到，所述铜金锌合金层由以下组分按重量百分比组成：铜15％～78％，金2％～55％，锌20％～30％。本发明石墨复合材料采用石墨为基底，拥有密度低，化学稳定性，耐高温，抗热震性，自润滑性，易3D打印等特点，将铜金锌合金层镀覆到石墨表面，兼顾了铜金锌合金的金色度高，导电性，高强度，良好的延展性，而且石墨和铜金锌合金层之间产生协同作用，有广泛的应用前景；通过调控工艺参数，可以得到金色度高且抗变色能力强的铜金锌合金层，界面结合好，镀层均匀，成分可控；本发明工艺方法简单，成本低廉，能够适用于大规模生产。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种石墨复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨的晶体结构决定了其具有优良的耐高温、抗热震性、导电性、自润滑性等众多特性，此外，石墨在常温下具有很好的化学稳定性，环保健康，无放射性污染，可以通过3D打印技术制备复杂的工艺品及艺术装饰品，但深黑色的表面颜色不符合大众的审美观，限制了其在该领域的应用。在实际生产中，通常需要对石墨表面进行表面处理，以改善石墨的性能，将石墨与金属材料复合，既具有金属的色泽、高导电率、高强度、良好的延展性，又兼顾石墨的优点。

目前，粉末冶金法已经在工业上得到了应用，由于石墨和金属粉末密度差别太大，且石墨粉末凝聚性强，分散性差，混合不均匀，易产生偏析，限制了其规模化生产；电弧喷涂技术是在石墨表面进行喷涂金属层，制备得到的包覆层抗变色能力差，不均匀，结合力较弱，成本较高，限制了其进一步应用；最新研究的方向还有电镀法，但是电镀过程中改变粉末镀层厚度会导致系统电阻的激烈波动，无法保证固定的工艺条件，其工艺控制较麻烦，成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面金色度高、抗变色能力强、镀层均匀、结合力强、厚度可控和成本低廉的石墨复合材料及其制备方法。

本发明提供的这种石墨复合材料，由基体石墨及其表层的铜金锌合金层构成，所述铜金锌合金层由铜镀层、金镀层和锌镀层经合金化处理得到，所述铜金锌合金层由以下组分按重量百分比组成：铜15％～78％，金2％～55％，锌20％～30％。

优选的，所述铜金锌合金层的厚度为2～60μm；更优选的，所述铜金锌合金层的厚度为10～30μm。

本发明还提供了一种石墨复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)酸处理：将石墨放入浓硫酸和浓硝酸的混合液中超声处理，清洗干净后得到酸处理后的石墨；

(2)敏化处理：取氯化亚锡溶解于浓盐酸，稀释后得到敏化液，然后将步骤(1)所得酸处理后的石墨加到敏化液中超声处理，清洗干净后得到敏化处理的石墨；

(3)活化处理：取氯化钯溶解于浓盐酸，稀释后得到活化液，然后将步骤(2)所得敏化处理的石墨加入到活化液中超声处理，清洗干净后得到活化处理的石墨；

(4)石墨表面镀铜：将步骤(3)所得活化处理的石墨加入到铜镀液中，并加入联吡啶作为稳定剂，将镀液加热，然后加入乙醛酸作为还原剂，调节PH，反应一定时间后将石墨取出，清洗干净后得到镀铜的石墨；

(5)石墨表面镀锌：将步骤(4)所得镀铜的石墨加入到锌镀液中，升温至沸腾，反应一定时间后将石墨取出，清洗干净后得到镀覆铜锌的石墨；

(6)铜锌镀层的初步合金化处理：将步骤(5)所得镀覆铜锌的石墨经冷冻干燥，然后加热至240～280℃，使得铜锌镀层合金化，然后进行淬火处理，经清洗、干燥后得到镀覆铜锌合金的石墨；

(7)石墨表面镀金：将步骤(6)所得镀覆铜锌合金的石墨加入到金镀液中，将镀液加热，反应一定时间后将石墨取出，清洗干净后得到镀覆铜锌金的石墨；