[发明专利]具有网络互穿型结构的铜/石墨烯复合材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种具有网络互穿型结构的铜/石墨烯复合材料及制备方法，属于金属基复合材料技术领域，解决网络互穿型的石墨/铜复合材料制造成本居高不下的技术问题，本发明包括以下步骤：将泡沫铜浸渍氧化石墨烯水分散液后，干燥，然后重复上述浸渍‑干燥的步骤，直至泡沫铜不再增重，得到氧化石墨烯填充泡沫铜；将所述氧化石墨烯填充泡沫铜依次进行冷压预成型和热压成型，得到具有网络互穿型结构的铜/石墨烯复合材料。本发明所提供的制备方法制备条件温和，操作简单，易于实施，不需要特殊的设备，采用常规的热压设备即可，很大程度上降低了具有网络互穿型结构的铜/石墨烯复合材料的生产成本。

技术领域

本发明属于金属基复合材料技术领域，具体涉及一种具有网络互穿型结构的铜/石墨烯复合材料及制备方法。

背景技术

金属基复合材料是指以金属为基体，陶瓷、石墨、氧化物等无机物为填充物所形成的复合材料。金属基复合材料可以兼具金属基体和无机填充物的优异特性，可以应用在电子封装、滑动受电等众多领域。金属基复合材料可分为填充型和网络互穿型两类。填充型复合材料的特征是仅有金属基体是连续物相，无机物（颗粒、晶须、纤维等）以弥散分布的形式填充在基体之中；网络互穿型复合材料则具有连续填充物网络和连续的基体网络。在特定领域，这种网络互穿型复合材料具有独特的竞争力。以炭/金属复合材料为例，网络互穿型结构的炭/铜复合材料兼具碳石墨材料的固体润滑能力和铜的高导电性，是滑动受电材料的首选，此外网络互穿型石墨/铜复合材料兼具金属铜的高导热和石墨材料的低膨胀系数，是极具潜力的电子封装材料。

网络互穿型炭/金属基复合材料的结构特征是填充物和金属基体都为连续相。相应地，网络互穿型复合材料的制备过程也比较特殊。最常见的方法是先制备具有三维连通孔道结构的石墨预制体；然后通过高温压力浸渗的方式将金属或者合金熔体填充至孔道之中形成石墨/金属网络互穿型结构。但是这种方法在制备网络互穿型结构的石墨/铜复合材料时，金属铜熔体在高温下极易发生氧化，且熔融铜和石墨的润湿性较差，因此，渗透过程中除了高温之外，必不可少地需要无氧条件（惰性气体氛围或真空条件下）和一定的压力，需要特殊的设备才能完成，如公开号为CN108165808A的现有技术。这种严苛的生产工艺使得网络互穿型的石墨/铜复合材料的制造成本居高不下，并制约了它的应用与推广。

发明内容

为了克服现有技术的不足，解决网络互穿型的石墨/铜复合材料制造成本居高不下的技术问题，本发明提供一种具有网络互穿型结构的铜/石墨烯复合材料及制备方法。本发明所提供的制备方法制备条件温和，最高温度不超过铜熔点，且使用现有的成熟设备即可，无需专门的高温真空浸渗设备，大大降低了生产成本。

本发明通过以下技术方案予以实现。

具有网络互穿型结构的铜/石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、将泡沫铜浸渍氧化石墨烯水分散液，干燥，然后重复执行上述浸渍-干燥操作若干次，直至泡沫铜不再增重，得到氧化石墨烯填充泡沫铜；

S2、将步骤S1制得的氧化石墨烯填充泡沫铜依次进行冷压预成型和热压成型，制得具有网络互穿型结构的铜/石墨烯复合材料。

进一步地，所述步骤S1中，泡沫铜的孔径为10~200PPI，体积密度为0.1~0.8g/cm³。

进一步地，所述步骤S1中，氧化石墨烯水分散液中氧化石墨烯的平均粒径为2~10nm，氧化石墨烯水分散液的固含量为5~10mg/mL。

进一步地，所述步骤S2中，冷压预成型的压力为8~30MPa，保压时间为15~120min。

进一步地，所述步骤S2中，热压成型的压力为1~5MPa，温度为600~1000℃，保温保压的时间为30~120min；所述热压成型在保护气氛中进行，保护气氛的压力为10Pa~10KPa。

进一步地，所述步骤S1中，浸渍的方式包括浸泡、涂布或过滤。