[发明专利]基于还原氧化石墨烯和铜复合材料的成型件制备方法

说明书

本发明涉及基于还原氧化石墨烯和铜复合材料的成型件制备方法，该方法采用湿法球磨制备氧化石墨烯/铜混合粉体，然后将混合粉体在氢气气氛下还原，最后通过复压复烧的粉末冶金方法获得了还原氧化石墨烯/铜复合材料。本发明方法很好地实现了还原氧化石墨烯均匀分散到铜基体中，制备的还原氧化石墨烯/铜复合材料具有高强度、高塑性和高导电性的优点，而且复压复烧的烧结成型方法工艺简单可控，生产成本较低，生产效率较高，易于实现大规模的工业化生产。本发明制备的成型件氧化物少，气孔少，致密度高，具有高强、高导电、高塑性等优异的综合性能。

技术领域

本发明涉及高强高导复合材料成型领域，具体涉及基于还原氧化石墨烯和铜复合材料的成型件制备方法。

背景技术

铜及铜合金具有优异的导电、导热性及良好延展性。然而传统铜及铜合金的强硬度低，极大地限制了其应用范围。石墨烯是一种新型的二维纳米材料，除了具有强度高、密度低的特性，还具有超高的电子迁移率(2×105cm2/V·s)、电导率和热导率(5×103W/m·K)等优良性能，适用于功能性复合材料的研发。目前，以石墨烯作为增强相制备的石墨烯/铜复合材料强硬度均获得了提升。但由于石墨烯与铜的界面润湿性不好，难以实现均匀分散，导致复合材料的导电性和塑性较差。

与石墨烯相比，氧化石墨烯表面存在大量羟基、羧基等亲水基团，具有更好的分散性及湿润性，而在还原或高温环境下官能团发生分解，氧化石墨烯还原成还原氧化石墨烯，从而重新具备石墨烯的优良性能，这些使得氧化石墨烯成为一种制备高性能金属基复合材料的理想增强体。此外，现有的石墨烯/铜基复合材料的制备工艺均存在设备要求高，制样效率低，不利于石墨烯/铜基复合材料的更广泛应用。

发明内容

本发明的目的是：针对上述现有技术状况，本发明旨在提供一种工艺简单、成本低、制备效率高的石墨烯/铜复合材料的制备方法，在提高强硬度的同时，仍然保持其良好的导电性和塑性，达到铜材料应用领域拓宽的需求。

本发明的技术方案是：

提供提供一种基于还原氧化石墨烯和铜复合材料的成型件制备方法，该方法的步骤为：

步骤1、将氧化石墨烯粉体和铜粉体均加入到无水乙醇中形成混合溶液；将混合溶液装入球磨罐，在真空状态进行机械球磨，获得混合溶液，将混合溶液在真空环境下干燥获得混合粉体；

步骤2、将混合粉体在氢气气氛下进行还原处理获得还原混合粉体，使得氧化石墨烯还原为还原氧化石墨烯；

步骤3、将还原混合粉体装入模具中，对模具进行压力加载，制备出复合粉体压坯；

步骤4、对所述粉体压坯进行真空烧结后冷却至室温，获得初烧成型件；

步骤5、用压片机加载700～1000MPa压力对初烧成型件进行压力加载；

步骤6、对初烧成型件再次进行真空烧结，脱模获得成型件。

进一步的，步骤1中，先将氧化石墨烯粉体与无水乙醇混合，利用超声波震荡得到单分散的氧化石墨烯溶液；后将铜粉体与氧化石墨烯溶液装入球磨罐，在真空状态进行机械球磨，获得混合溶液，将混合溶液在真空环境下干燥获得混合粉体。

优选地，步骤1中，超声波震荡时间为2h。优选地，真空状态的真空度在1000Pa以下，和/或球磨时间为20～40h；优选地，混合粉体中氧化石墨烯的的质量百分比为0.3％～1.5％。

进一步的，步骤2中还原处理的温度为300℃～600℃，时间为2h～4h。优选地，还原处理的温度和时间能够保证氧化石墨烯被还原的同时，铜材料的表面或工艺过程中生成的氧化铜被还原。

进一步的，步骤3中的加载在模具上的压强为400～700MPa，保压时间为3min～30min。