CN105714139B - 铜-石墨烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

铜-石墨烯复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105714139B
CN105714139B CN201610096701.9A CN201610096701A CN105714139B CN 105714139 B CN105714139 B CN 105714139B CN 201610096701 A CN201610096701 A CN 201610096701A CN 105714139 B CN105714139 B CN 105714139B
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper
graphene
hot
sintering
powder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610096701.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105714139A (zh
Inventor
潘志军
谢识才
张明
马鹏
龙波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ningbo Powerway Alloy Material Co Ltd
Original Assignee
Ningbo Powerway Alloy Material Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ningbo Powerway Alloy Material Co Ltd filed Critical Ningbo Powerway Alloy Material Co Ltd
Priority to CN201610096701.9A priority Critical patent/CN105714139B/zh
Publication of CN105714139A publication Critical patent/CN105714139A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105714139B publication Critical patent/CN105714139B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
    • C22C1/05—Mixtures of metal powder with non-metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F3/15—Hot isostatic pressing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B22F2003/145—Both compacting and sintering simultaneously by warm compacting, below debindering temperature
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明涉及到一种铜‑石墨烯复合材料及其制备方法，包括石墨烯和铜，其特征在于所述石墨烯以片状结构均布在铜基体中，所述石墨烯的分布密度为100片/厘米2至3000片/厘米2。优选所述石墨烯含量为0.01％～0.30wt％，余量为Cu。本发明在铜中添加石墨烯制成铜‑石墨烯复合材料，铜基体可作为导电主体使该复合材料的导电性能接近于纯铜，而石墨烯作为增强相，抗拉强度和屈服强度性能均获得提高；因此该铜‑石墨烯复合材料可广泛应用于消费电子、电气、航空航天、高铁、引线框架与电子接插件制备领域；本发明所提供的制备方法适合工业化、规模化生产。

Description

铜-石墨烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铜-石墨烯复合材料及其制备方法。
背景技术
随着航空航天、交通、机械工业、能源化工、通讯、电气、电力电子和国防工业等领域的飞速发展，工业界对铜或铜合金的导电性能要求越来越高。为了获得高导电的铜或铜合金材料，国内外科学界与产业界开展了广泛的研究，并已开发出铜银合金、氧化铝弥散强化铜等高导电铜合金材料与复合材料。虽然这些合金或复合材料可满足高导电的性能要求，但由于这些材料含有贵金属或制备工艺复杂，因此这些材料得不到广泛的应用。工业界对导电性能优良且制备工艺相对简单的铜合金或其复合材料的需求越来越紧迫。
石墨烯是碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体，其价带与导带在费米能级相交，表现出半导体的性质而且能隙为零，载流子在费米能级处呈现出一种线性的色散关系，具有奇特的性质：强度达130GPa、热导率高达5150J/(m·K)、载流子迁移率达到1.5×104cm2·V-1·s-1、透明度约97.7％、比表面积理论值为2630m2/g，杨氏模量约为1100GPa。
现有的铜-石墨烯复合材料的研发，基本上都集中在导电性能的改善上，后续的成型加工性能都不理想，而这恰恰形成了铜-石墨烯复合材料的应用瓶颈；同时现有的制备方法不可避免地会带入杂质镍，影响铜-石墨烯复合材料的化学成分与微观组织，从而对其综合性能造成影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种导电性能好、力学性能优于纯铜且加工性能好的铜-石墨烯复合材料。
本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种导电性能好、力学性能优于纯铜且加工性能好的铜-石墨烯复合材料的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该铜-石墨烯复合材料，包括石墨烯和铜，其特征在于所述石墨烯以片状结构均布在铜基体中，所述石墨烯的分布密度为100片/厘米2至3000片/厘米2。
所述石墨烯含量为0.01％～0.30wt％，余量为Cu。
上述铜-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
1)在氩气保护气氛中将粒径为450纳米～550纳米的铜粉和石墨烯进行球磨，使两者混合均匀；所述球磨时间优选为2～4小时。
2)在氩气保护下进行热压烧结，烧结压力为4吨～8吨，烧结温度为850℃～1050℃，烧结保温时间为3小时～6小时；
当压力低于4吨时，即使烧结温度超过1050℃，混合粉末经6小时以上的烧结后也无法烧结成完整的坯料，从烧结炉中取出后坯料发生碎裂。当压力大于8吨时，烧结模具容易发生碎裂。因此本发明的烧结压力取4吨～8吨。当烧结温度低于850℃时，即使采用8吨的压力，并烧结6小时以上，烧结完成后坯料发生碎裂，没有形成一个整体。当烧结温度超过1050℃时，烧结完成后坯料中铜粉颗粒发生长大形成粗大的铜颗粒，影响铜-石墨烯复合材料的微观组织。
3)在850℃～1050℃下进行热等静压，以氩气做施压介质，热等静压的压强为160MPa～200MPa，保温时间为3小时～6小时。
当热等静压的压强低于160MPa时，即使烧结温度高于1050℃、烧结时间超过6小时，热等静压后铜-石墨烯复合材料坯料的石墨烯分布密度没有发生改变，说明压强低于160MPa时，热等静压对提高复合材料坯料的石墨烯分布密度没有帮助；当热等静压的压强大于200MPa时，铜-石墨烯复合材料坯料经过850℃保温3小时热等静压与经过1050℃保温6小时热等静压的石墨烯分布密度相等。当保温温度低于850℃，采用200MPa以上的压强且保温6小时以上，铜-石墨烯复合材料坯料的石墨烯分布密度仍然较低；当保温温度超过1050℃时，热等静压后铜-石墨烯复合材料坯料中的铜颗粒发生长大现象。热等静压时间低于3小时，铜-石墨烯复合材料坯料的石墨烯分布密度提高不明显；热等静压时间超过6小时，铜-石墨烯复合材料坯料中的铜颗粒发生长大。
较好的、所述热压烧结过程如下：首先抽真空，当真空度达到≤10-2Pa后，以10±1℃/分钟的速度升温至所述烧结温度后开始保温并计时。
本发明采用球磨混粉的方法使纳米级的铜粉与石墨烯混合均匀，热压预烧结然后热等静压的方法制备铜-石墨烯复合材料的坯料，其中热等静压步骤可大幅提高石墨烯与铜基体的结合能力，石墨烯与铜基体结合紧密，且避免了铜的氧化，两者的结合强度大大提高，石墨烯以片状结构均匀地分布在铜基体中，且使铜-石墨烯复合材料中的石墨烯分布密度可控；所制备得到铜-石墨烯坯料冷、热成型性能优良，可通过冷、热压力加工的方式制备铜-石墨烯复合材料线材，从而制备出消费电子、电气、航空航天、高铁、引线框架与电子接插件制备领域所需的中强高导铜-石墨烯复合材料线材等型材。
本发明在铜中添加石墨烯制成铜-石墨烯复合材料，铜基体可作为导电主体使该复合材料的导电性能接近于纯铜，而石墨烯作为增强相，抗拉强度和屈服强度性能均获得提高；因此该铜-石墨烯复合材料可广泛应用于消费电子、电气、航空航天、高铁、引线框架与电子接插件制备领域；本发明所提供的制备方法适合工业化、规模化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的坯料放大3万倍的电镜照片。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.01wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为3小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始以10±1℃/min的速度升温至850℃，恒温烧结，保温时间3小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为4吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强160MPa，在850℃温度下，保温3小时，得到Φ50坯料。
对坯料进行表面抛光处理，放入扫描电镜的样品室，在真空状态下进行面扫描，得到的电镜照片如图1所示。
图1中标号1为石墨烯，其余部分为铜基体。石墨烯的分布密度为102片/厘米2，石墨烯的分布密度在扫描电镜下以面积百分比的方法测得，在后续实施例与比较例中采用同样的方法测石墨烯的分布密度。
所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。
实施例2
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.15wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为3小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始以10±1℃/min的速度升温至850℃，恒温烧结，保温3小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为4吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强160MPa，温度850℃，保温时间3小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为1488片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。
实施例3
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.30wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为3小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度850℃，烧结保温时间3小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为4吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强160MPa，温度850℃，保温时间3小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为2986片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。
实施例4
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.05wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为3小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度1050℃，烧结保温时间6小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为8吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强200MPa，温度1050℃，保温时间6小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为498片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。
实施例5
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.10wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为3小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度1000℃，烧结保温时间5小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为6吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强180MPa，温度1000℃，保温时间5小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为991片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。
实施例6
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.17wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为3小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度1050℃，烧结保温时间6小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为8吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强200MPa，温度1050℃，保温时间6小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为1697片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。
实施例7
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.20wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为3小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度950℃，烧结保温时间4小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为4吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强160MPa，温度950℃，保温时间4小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为1983片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。
实施例8
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.25wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为3小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度900℃，烧结保温时间3小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为4吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强160MPa，温度900℃，保温时间3小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为2485片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。
实施例9
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.28wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为2小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度850℃，烧结保温时间3小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为4吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强160MPa，温度850℃，保温时间3小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为2783片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。
实施例10
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.08wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为4小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度1050℃，烧结保温时间6小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为8吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强200MPa，温度1050℃，保温时间6小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为797片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。
实施例11
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.03wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为4小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度1050℃，烧结保温时间6小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为8吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强200MPa，温度1050℃，保温时间6小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为294片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。
实施例12
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.23wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为2小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度850℃，烧结保温时间3小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为4吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强160MPa，温度850℃，保温时间3小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为2281片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。
实施例2至实施例12所制备的坯料的电镜扫描照片与实施例1基本相同。
比较例1
以纯铜为原材料，不添加石墨烯，采用真空熔铸制备Φ50圆坯，所制坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。把实施例1(添加0.01wt％石墨烯的铜-石墨烯复合材料线材)与比较例1对比可知，在导电率下降不明显的情况下，添加石墨烯可大幅提高其抗拉强度与屈服强度。
比较例2
以粒径为500纳米的铜粉为原材料，不添加石墨烯，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为3小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度850℃，烧结保温时间3小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为4吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强160MPa，温度850℃，保温时间3小时。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。把实施例1(添加0.01wt％石墨烯的铜-石墨烯复合材料线材)与比较例2对比可知，铜中添加石墨烯，导电率下降不明显，但可大幅提高其抗拉强度与屈服强度。
比较例3
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.15wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为3小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度830℃，烧结保温时间3小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为4吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强160MPa，温度850℃，保温时间3小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为1482片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。与实施例2对比可知，在石墨烯含量相同的情况下，当热压烧结的温度低于本发明的温度范围时，即使其它的工艺参数相同，相比而言，其性能也较低。
比较例4
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.23wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为2小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度850℃，烧结保温时间3小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为4吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强160MPa，温度830℃，保温时间3小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为2137片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。与实施例12对比可知，当热等静压的温度低于本发明的温度范围时，即使石墨烯含量与其它工艺参数相同，铜-石墨烯复合材料线材的性能也会下降。
比较例5
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.20wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为3小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度1070℃，烧结保温时间4小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为4吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强160MPa，温度950℃，保温时间4小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为1962片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。与实施例7对比可知，在石墨烯含量及其它工艺参数相同的情况下，当热压烧结温度超过本发明的温度范围时，其性能也会下降。
比较例6
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.28wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为2小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度850℃，烧结保温时间3小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为4吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强160MPa，温度1070℃，保温时间3小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为2635片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。与实施例9对比可知，在石墨烯含量及其它工艺参数相同的情况下，当热等静压的温度超过本发明的温度范围时，其性能大幅下降。
比较例7
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.31wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为3小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度850℃，烧结保温时间3小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为4吨。热压烧结完成后，把坯料取出进行热等静压，热等静压以氩气为施压气体，加热升温速度为10±1℃/min。热等静压的工艺为：压强160MPa，温度850℃，保温时间3小时，得到Φ50坯料，石墨烯的分布密度为3096片/厘米2。所制Φ50坯料经热挤压制备Φ12线坯后进行拉伸加工制备线材，所制线材的直径为5.0mm。与实施例3对比可知，在工艺参数相同的情况下，当石墨烯含量超过本发明的成分范围时，其抗拉强度、屈服强度与导电率开始大幅下降。
比较例8
以粒径为500纳米的铜粉与石墨烯为原材料，石墨烯含量为0.30wt％，采用氩气做保护气体进行球磨混粉，球磨时间为3小时。球磨混粉完成后，在充氩气保护的手套箱中把混合粉末装入热压烧结模中，把装有混合粉末的热压烧结模装入热压烧结炉中，当真空度达到≤10-2Pa后开始升温(升温速度为10±1℃/min)，当温度升到烧结温度后开始保温并计时。热压烧结工艺为：烧结温度850℃，烧结保温时间3小时，整个烧结过程中给混合粉末施加的压力为4吨。热压烧结完成后，坯料不进行热等静压，石墨烯的分布密度为1863片/厘米2。尽管采用的热挤压工艺与实施例3的一样，但只进行热压烧结没有进行热等静压的坯料无法进行后续的热挤压加工，热挤压过程中发生严重的碎裂，无法制备出铜-石墨烯复合材料线坯。
对各实施例和对比例制备的线材进行抗拉强度、屈服强度和导电率的测试，结果如表1所示。
其中，抗拉强度、屈服强度与延伸率按照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》在电子万能力学性能试验机上进行；电阻率测试方法按照GB/T3048.2-2007《电线电缆电性能试验方法第2部分：金属材料电阻率试验》在电阻测试仪上进行，把电阻率转换成导电率(％IACS)。
表1
■——热挤压时发生碎裂，无法加工出线材，因此没有性能数据。

Claims (4)

1.铜-石墨烯复合材料，包括石墨烯和铜，其特征在于所述石墨烯以片状结构均布在铜基体中，所述石墨烯的分布密度为100片/厘米2至3000片/厘米2；
所述石墨烯含量为0.01％～0.30wt％，余量为Cu；
所述铜-石墨烯符合材料的抗拉强度为280～400MPa，屈服强度260～400MPa，导电率为90～99.9％IACS，延伸率为30～38.5％。
2.如权利要求1所述的铜-石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
1)在氩气保护气氛中将粒径为450纳米～550纳米的铜粉和石墨烯进行球磨，使两者混合均匀；
2)在氩气保护下进行热压烧结，烧结压力为4吨～8吨，烧结温度为850℃～1050℃，烧结保温时间为3小时～6小时；
3)在850℃～1050℃下进行热等静压，以氩气做施压介质，热等静压的压强为160MPa～200MPa，保温时间为3～6小时。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述热压烧结过程如下：首先抽真空，当真空度达到≤10-2Pa后，以10±1℃/分钟的速度升温至所述烧结温度后开始保温并计时。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于所述球磨时间为2～4小时。
CN201610096701.9A 2016-02-22 2016-02-22 铜-石墨烯复合材料及其制备方法 Active CN105714139B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610096701.9A CN105714139B (zh) 2016-02-22 2016-02-22 铜-石墨烯复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610096701.9A CN105714139B (zh) 2016-02-22 2016-02-22 铜-石墨烯复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105714139A CN105714139A (zh) 2016-06-29
CN105714139B true CN105714139B (zh) 2018-06-08

Family

ID=56156036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610096701.9A Active CN105714139B (zh) 2016-02-22 2016-02-22 铜-石墨烯复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105714139B (zh)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106313865B (zh) * 2016-08-11 2018-12-18 四川大学 一种铜基复合基板、覆铜板及其制备方法
CN106270535B (zh) * 2016-08-15 2019-06-21 苏州科技大学 一种石墨烯表面包附的金属空气电池负极(Mg、Al、Zn、Fe)微纳米材料的机械粉碎方法
CN108342609A (zh) * 2017-03-22 2018-07-31 刘爽 一种含石墨烯的铜基合金坯料
CN107245590B (zh) * 2017-06-14 2019-04-23 上海电缆研究所有限公司 铜-石墨烯复合材料及制备方法
CN108251671B (zh) * 2018-01-08 2019-08-27 北京科技大学 一种掺杂氧化石墨烯增强ods铜的制备方法
CN108515189B (zh) * 2018-04-02 2021-05-04 大同新成新材料股份有限公司 一种石墨烯铜复合材料的制备方法
CN109351976B (zh) * 2018-10-29 2020-07-10 无锡乐普金属科技有限公司 半导体大功率器件用铜-钼铜-铜复合材料及其制备方法
CN109332705B (zh) * 2018-10-29 2021-01-12 南京工程学院 石墨烯改性铜-钼-铜复合材料及其制备方法
CN112349667A (zh) * 2019-08-09 2021-02-09 昆山微电子技术研究院 一种石墨烯/铜复合金属互连线的制备方法
CN110512187B (zh) * 2019-09-02 2020-08-21 上海交通大学 二维材料增强金属基复合材料及其连续化制备方法
CN111145960B (zh) * 2019-12-19 2022-05-17 中车工业研究院有限公司 一种高强高导铜基复合材料及其制备方法
CN111020279B (zh) * 2019-12-26 2021-08-17 浙江杭机新型合金材料有限公司 一种高强高导铜-石墨复合材料及其制备方法
CN112359244B (zh) * 2020-10-21 2022-02-22 有研工程技术研究院有限公司 一种高强高导石墨烯铜复合线材及其制备方法
CN113046608A (zh) * 2021-03-04 2021-06-29 王安华 一种石墨烯金属及其制备方法与制品
CN114388167B (zh) * 2022-01-18 2024-01-26 远东电缆有限公司 一种石墨烯铜线及其制备方法和电缆
CN114425622A (zh) * 2022-01-28 2022-05-03 荣成市宏程新材料有限公司 一种粉末冶金复合材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103103403A (zh) * 2013-01-24 2013-05-15 西安交通大学 一种电子封装材料
CN105063405A (zh) * 2015-06-25 2015-11-18 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种铜基烯合金的制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103614583B (zh) * 2013-09-29 2016-04-13 魏玲 一种新型高导电率、高强度石墨烯/铜材料及其制备方法
CN103773985B (zh) * 2014-02-26 2015-08-19 哈尔滨工业大学 一种高效原位制备石墨烯增强铜基复合材料的方法
JP2016000843A (ja) * 2014-06-11 2016-01-07 片野染革株式会社 球状複合金属微粒子およびその製造方法
CN104711443B (zh) * 2015-03-18 2017-01-04 上海和伍复合材料有限公司 一种石墨烯/铜复合材料及其制备方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103103403A (zh) * 2013-01-24 2013-05-15 西安交通大学 一种电子封装材料
CN105063405A (zh) * 2015-06-25 2015-11-18 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种铜基烯合金的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105714139A (zh) 2016-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105714139B (zh) 铜-石墨烯复合材料及其制备方法
CN106048275B (zh) 一种陶瓷相弥散强化铜合金的制备方法
CN105132742A (zh) 一种石墨烯增强钛基复合材料及其制备方法
CN107473237B (zh) 一种二元钨硼化物超硬材料的制备方法
CN114134385B (zh) 一种难熔中熵合金及其制备方法
CN109180187A (zh) 高度取向纳米max相陶瓷和max相原位自生氧化物纳米复相陶瓷的制备方法
CN102796912B (zh) 一种Al2O3弥散强化铜合金棒材的制备方法
WO2019153953A1 (zh) 铜材料及其制备方法
CN112359244B (zh) 一种高强高导石墨烯铜复合线材及其制备方法
CN109536771A (zh) 一种弥散强化无氧铜合金板材的制备方法
CN106517225A (zh) 一种超细M1‑xTixB2粉体的制备方法
TWI572725B (zh) ＭｏＴｉ靶材的製造方法
CN100404197C (zh) 铜/钼/铜电子封装复合材料的制备方法
CN105543535B (zh) Al4SiC4与Cr协同强化网/球状铜材料及制备方法
CN114752838A (zh) 铜基氧化物弥散强化的Cu-Y2O3复合材料制备方法
CN112877562B (zh) 一种硼掺杂石墨烯增强铜基复合材料及其制备方法
CN111057899A (zh) 一种石墨烯/碳化硅增强铜基复合材料及其制备方法
CN106399742B (zh) 一种Cu-NbC纳米弥散强化铜合金及其制备方法
CN113149658B (zh) 一种氮化钛基复合陶瓷材料及其制备方法
CN105439162B (zh) 一种粗粒径mo2粉体合成细mb2粉体的制备方法
CN103658662A (zh) 粉末烧结熔渗法制备互不固溶金属层状复合材料的工艺
CN109182826B (zh) 一种高强韧性、低电阻率的银金合金键合丝
CN109093113B (zh) 一种稀土金属间化合物增强铜基复合材料及其制备方法
Wang et al. A novel approach for in-situ preparation of copper/graphene composite with high hardness and high electrical conductivity
CN110983086A (zh) 一种氮化铝弥散强化铜复合材料的内氮化制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant