[发明专利]一种纳米尺度石墨增强铜基复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种纳米尺度石墨增强铜基复合材料，其特征在于，制备方法为：先通过外加法在纯铜基体中复合低于100μm的石墨颗粒，再采用剧烈塑性变形加工细化内部石墨相，使石墨相其细化至低于100nm；所述复合材料以原子总量计：C元素的质量分数为1-10％，其余为Cu元素，所述复合材料的形态为块材，板材或丝材中的一种。

2.根据权利要求1所述的纳米尺度石墨增强铜基复合材料，制备方法具体为：

(1)按成分配比选取纯度在99wt.％以上的单质Cu粉和纯度在99wt.％以上的石墨粉，粉末颗粒尺寸低于100μm；

(2)采用球磨的方式将Cu粉末和石墨粉末进行充分混合控制球料比为2:1，球磨时间4小时；

(3)将步骤2得到的混合粉末进行真空包套处理：将粉末倒入直径40mm，厚度50mm的紫铜皮包筒内，焊上盖子，在盖子上留有抽气铜管，利用机械泵，对包套内部抽真空，抽真空过程将包套温度保温在300-400℃，真空度处于10^-3Pa时夹断抽气管，并封焊处理，获得由铜皮包裹混合粉末的块体；

再进行粉末冶金处理，采用热等静压处理，烧结温度为800-900℃，压力100MPa，烧结时间1h，使混合粉末致密结合，得到石墨-铜复合材料坯料；

(4)将步骤3中得到的石墨-铜复合材料坯料进行剧烈塑性变形加工，步骤为：

先将复合坯料进行初步的常规轧制，中间退火温度为400-800℃，初步轧制使坯料厚度由50mm降低至0.5mm，厚度降低100倍，成为石墨-铜复合板材，再将其切割成长度相同的100片，进行表面打磨并酸洗，再将这100片复合板材叠放在一起，通过热压使其紧密结合，热压温度600-800℃，也可热压后再用紫铜包套，厚度又变成50mm，再进行叠轧，轧制至厚度0.5mm，此时厚度在之前基础上又降低100倍，石墨相细化至厚度100nm以下，重复上述操作，使得石墨厚度达到所需尺寸。

3.根据权利要求2所述纳米尺度石墨增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)将石墨粉与铜粉混合均匀的方法，为球磨、常规混料混合或雾化混合中的一种。

4.根据权利要求2所述纳米尺度石墨增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中采用的粉末冶金手段，为常规冷压法、或者冷等静压法、真空热压烧结、非真空热压烧结粉末冶金中的一种。

5.根据权利要求2所述纳米尺度石墨增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，在轧制加工前，该制备方法还包括：先将步骤(3)中获得复合材料坯料热锻成型，再对热锻成型的材料进行步骤(4)中所述的剧烈塑性变形加工。

6.根据权利要求2所述纳米尺度石墨增强铜基复合材料的制备方法，其特征在于：制备方法步骤(4)中，采用的剧烈塑性变形加工方法不仅限于多道次轧制、叠轧加工，还可替换成集束拉拔法，加工步骤为：

即先将步骤(3)中直径40mm的坯料先通过常规拔丝，中间退火温度为400-800℃，使直径降低到0.4mm，再将丝切割成长度相同的100段，一同套入内径6-8mm的紫铜管中集束拉拔，使直径再次降低到0.4mm，此时复合丝材内部大部分石墨相都能细化至横截面低于100nm的石墨纤维，该复合丝材即是纳米尺度石墨增强铜基复合材料，重复上述操作，使得石墨厚度达到所需尺寸。