[发明专利]一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种石墨烯增强铜基复合材料的制备技术；属于铜基复合材料制备技术领域。本发明首次尝试了在铜材上设计一层无定形碳膜；然后通过热压烧结或SPS烧结，得到碳具有石墨烯结构的铜基复合材料；通过后续的轧制和退火处理，得到性能优越的铜基复合材料。本发明可设计性强、适用性广、经济实用，所得产品性能优良，便于大规模工业化应用。

技术领域

本发明涉及一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法；属于铜基复合材料制备技术领域。

背景技术

铜具有优良的导电导热性和抗磁性，延展性好，耐腐蚀、抗蠕变性能高，是使用最早也是应用最广泛的金属之一。但是，传统的铜及其合金强度低、高温性能差等缺点使得铜及铜合金无法满足工业生产的强烈需求，极大得限制了其应用范围。把铜作为基体，将第二相引入基体中制备出的铜基复合材料可以很大程度上解决这些问题。铜基复合材料以优良的导电性和力学性能广泛应用于电子封装、点焊和装焊机的电极、触头材料、电枢和电动工具的转换器等方面，如W/Cu、Mo/Cu已成功应用于大功率器件及集成电路的制作，但由于其密度较高，不适合小型化、轻型化电子产品的封装；此外，其热导率的理论值仍不能满足大功率封装的极限要求。因此，人们提出用C或SiC等非金属相增强铜基体，使其兼具轻质、高强度、高导热等多种优点，在复合材料的体系选择上取得了一些突破，但是无论是金刚石还是SiC颗粒增强铜基体，普遍存在复合材料表面粗糙、成型加工和表面处理困难等问题。

目前，石墨烯增强铜基复合材料的制备主要有如下几种方法：

1.粉末冶金法

将铜粉与石墨烯的混合料在球磨机中进行研磨并混合，然后利用热压烧结设备在高温高压下将混合料烧结成型得到石墨烯增强铜基复合材料。

2.冶金加工法

将石墨烯喷涂在铜箔(片，板)上，然后采用热轧或热挤压的方法将铜箔(片，板)挤压成型，同时实现石墨烯在铜基体中的分散。

3.电泳沉积法

采用电泳沉积工艺，将石墨烯或者氧化石墨烯均匀电镀在铜箔上，然后将附着有石墨烯或氧化石墨烯的铜箔叠层后反复热轧成型，得到石墨烯增强铜基复合材料。

4.化学镀法

对氧化石墨烯采用化学镀铜的处理得到氧化石墨烯/铜前驱体粉末，然后利用等离子放电烧结将前驱体粉末加压烧结成型得到石墨烯增强铜基复合材料。

现有工艺无论哪一种都采用石墨烯或氧化石墨烯作为原材料，而无论是采用物理方法还是电化学方法，石墨烯或者氧化石墨烯作为增强相在引入Cu基体前的分散都是必不可少的，而由于纳米粒子自身极高的表面能，很难将其彻底分散，而一旦分散不均匀，团聚的石墨烯颗粒不但起不到对基体的增强作用，甚至会降低其力学性能。

发明内容

本发明针对现有技术的不足并结合了市场的需要，提出了一种可设计性强，适用性广，经济实用的石墨烯增强铜基复合材料的制备方法。通过该方法，可以大幅提高铜基复合材料的力学性能和导热性能，解决现有铜基复合材料制备工艺复杂，加工性能差，产品性能不稳定等难题。而且该制备方法除了可用于铜基复合材料的制备外，还可用于其他石墨烯增强金属基复合材料的设计与制作，是一种具有很大开发潜力的复合材料制备方法。

本发明一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法，将原料通过热压烧结或放电等离子(SPS)烧结，使得无定形碳膜转化成石墨烯微晶，并得到石墨烯增强铜基复合材料；所述原料中含有带有无定形碳膜的铜材。

作为优选方案，本发明一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法，包括下述步骤：

步骤一无定形碳膜的制备

以表面清洁干净的铜材为原料；在铜材表面先制备一层无定形碳膜；所述铜材包括铜箔、铜板材、铜粉；

步骤二