[发明专利]一种金属铜-石墨烯层状复合材料及其制备方法与装置

说明书

本发明涉及金属复合材料领域，具体涉及一种金属铜‑石墨烯层状复合材料及其制备方法与装置。在制备时，包括：(1)第一次轧制：在室温下，将两层以上生长有石墨烯的金属铜箔以待复合表面相叠合的方式轧制至其压下率为5％‑10％，获得预复合金属铜‑石墨烯坯；(2)第二次轧制：将所述预复合金属铜‑石墨烯坯在600‑900℃真空下轧制至其压下率为3％‑5％，即得。本发明所制备的金属铜‑石墨烯层状复合材料的复合效果好，具有高强度与高导电性。且制备方法流程短、效率高，有利于降低生产成本并节约资源，同时对环境友好，便于推广应用。

技术领域

本发明涉及金属复合材料领域，具体涉及一种金属铜-石墨烯层状复合材料及其制备方法与装置。

背景技术

石墨烯是sp2杂化碳原子紧密堆积成的单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，其具有优异的综合性能，抗拉强度为125Gpa，弹性模量为1.0Tpa，热导率为5300W/(m〃k)，电子迁移率为2×10⁵cm²(v〃s)，因此，石墨烯常作为理想填料用来制备复合材料。

CN108193065A中提到了一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法，将含有多层石墨烯的悬浊液喷涂在铜箔上后，再叠层组装，经烧结、多道次冷轧和退火处理后，得到复合材料。CN107058787A中提到了一种以石墨微片为原材料制备石墨烯增强铝基复合材料的方法，采用球磨的方法将石墨微片破碎后与铝金属粉末形成混合粉末后通过冷压成型。然而上述两种方法均会在一定程度上导致石墨烯难以均匀附着在金属表面，从而使石墨烯粉末出现团聚现象，使得原材料的强度、导电性能受损。

现有技术中，可以采用化学气相沉积法等方法将碳源裂解后在铜箔表面沉积生长形成石墨烯，从而制得到铜基石墨烯复合材料，这种情况下。石墨烯可以在形状规则的铜基体表面沉积形成有序排列异质结构，实现石墨烯的高取向排列，从而使其获得高电导率。然而，在实际应用中，为了使铜基-石墨烯复合材料具备高导电率和更优的力学性能，需要将采用上述铜基石墨烯复合材料进一步进行复合。

在进行复合时，轧制复合法是一种常见的制备复合材料的方法，其主要包括热轧复合法和冷轧复合法，在生产效率、材料利用率以及连续化和自动化程度方面都具有较好的优势。其中，热轧复合可以有效地实现待复合金属板带材界面间的冶金结合，获得高质量的复合材料；但其加热所需温度较高，加热时间长，容易使铜与石墨烯的复合界面产生脆性金属间化合物，并且热轧生产效率较低，成品率较低。而冷轧复合在金属材料再结晶温度以下进行，金属组合的自由度较大，适应面广；但冷轧复合获得的板带材复合材料的界面结合强度较低，这将会导致铜基石墨烯复合材料的力学强度大幅度下降，对于材料的制备仍然有较大阻碍。因此，开发出一种适用于铜基石墨烯复合材料的高效复合轧制方法势在必行。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合效果好的金属铜-石墨烯层状复合材料及其制备方法与装置。

具体地，本发明首先提供一种金属铜-石墨烯层状复合材料的制备方法，包括：

(1)第一次轧制：在室温下，将两层以上生长有石墨烯的金属铜箔以待复合表面相叠合的方式轧制至其压下率为5％-10％，获得预复合金属铜-石墨烯坯；

(2)第二次轧制：将所述预复合金属铜-石墨烯坯在600-900℃真空下轧制至其压下率为3％-5％，即得。

本发明发现，通过在室温下进行预轧制，并通过合理控制压下率，可以通过在600-900℃真空下轧制复合方法使金属铜原子在复合界面间发生扩散状态及扩散速率较为理想的扩散，从而渗入到单层石墨烯当中，实现有效结合，获得界面结合强度较高的金属铜-石墨烯层状复合材料。

作为优选，在真空下加热5～10秒使所述预复合金属铜-石墨烯坯达到600-900℃。

通过快速加热，并控制加热时间在上述范围内，可以进一步确保加热过程中金属铜发生回复的同时，其与石墨烯的复合界面不发生分离与氧化。