[发明专利]石墨烯铜基复合粉末及其制备方法

说明书

本发明涉及金属基复合材料制备领域，具体公开了一种石墨烯铜基复合粉末及其制备方法，包括以下步骤：朝反应室内充入保护气体以及碳源气体；采用高能束流将反应室内的铜粉瞬间汽化成铜蒸汽；对所述反应室进行梯度控温，以使铜蒸汽先转变为熔融液滴后快速完成石墨烯在其表面的原位包覆生长，之后凝固为石墨烯包覆铜粉体。基于高能束流的原位生长方法能避免石墨烯的团聚，同时制备得到的石墨烯铜基复合粉末具有较高的质量、界面结合能高，有效地改善了铜基体与石墨烯的界面结合，在小幅提升材料导电性能的同时大幅提高了基体铜的机械性能，满足工程实际应用的需求。

技术领域

本发明涉及金属基复合材料制备领域，具体公开了一种石墨烯铜基复合粉末及其石墨烯铜基复合粉制备末的方法。

背景技术

铜由于具有优良的化学稳定性、耐磨性、塑性和导热导电性能而被广泛用作工程应用中的结构材料。然而铜的强度较低，尤其是在高温条件下，其机械性能无法达到应用所需要求，这些缺点极大地限制了它在众多领域的实际应用。随着机械、电子、运输和其他工业的快速发展，人们对兼具优异导电性能和良好机械性能的材料需求很高，因此亟需提高铜的机械性能，其中最有效的策略是引入第二相以制备铜基复合材料。以往在铜基体中一般添加例如氧化物或碳化物颗粒等作为增强相，事实证明其力学性能和摩擦性能的确得以显著改善，然而却是以导电性和导热性降低作为代价的。

石墨烯是以碳原子sp²杂化构成的二维结构材料，其具有优异的物理性能和机械性能：突出的高强度和高弹性模量(1100GPa)，显著的电子迁移率(15000cm²/V·S)和超高的热导率(5000W/m·K)。这一特性使得石墨烯有望成为金属基复合材料增强相的最具潜力的材料之一，石墨烯铜基复合材料在保持铜基体自身良好的导热性和导电性的同时，可以显著提高基体材料的机械性能，使得产品的综合性能和附加值得到本质上的飞跃。目前国内外制备石墨烯铜基复合材料的常用方法有化学气相沉积法、改性分子水平混合法、机械球磨法、表面镀层法等。

然而上述有些方法制备流程复杂，石墨烯易在铜基体中团聚；有些方法会不可避免地对石墨烯材料造成结构损伤，不能保障石墨烯的结构完整性且层数不可控。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题。为此，本发明提出一种石墨烯铜基复合粉末及其制备方法，解决上述至少一个技术问题。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供了一种石墨烯铜基复合粉末的制备方法，包括以下步骤：

朝反应室内依次充入保护气体以及碳源气体；

采用高能束流将反应室内的铜粉瞬间汽化成铜蒸汽；

对所述反应室进行梯度控温，以使铜蒸汽先转变为熔融液滴状态后快速完成石墨烯在其表面的原位包覆生长，之后凝固为石墨烯包覆铜粉体。

本发明第二方面提供了一种由上述制备方法制备得到的石墨烯铜基复合粉末。

另外，本发明的石墨烯铜基复合粉末的制备方法还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，朝反应室内依次充入保护气体以及碳源气体之前还包括以下步骤：

将铜粉置于高能束流制粉设备的振动送粉器，通过气体净化系统排出高能束流制粉设备中的杂质气体，并朝振动送粉器充入保护气体。

根据本发明的一些实施例，通过气体净化系统排出设备中的杂质气体包括以下步骤；

所述气体净化系统至少进行2次的抽真空与进气过程，同时检测高能束流制粉设备是否存在真空泄露与高压系统测漏。

根据本发明的一些实施例，朝反应室内依次充入保护气体、氢气以及碳源气体。

根据本发明的一些实施例，朝反应室内依次充入保护气体、氢气以及碳源气体之后还包括以下步骤：