CN107267792A - 一种石墨烯增强铜或铜合金棒材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种石墨烯增强铜或铜合金棒材的制备方法，其步骤是：首先将纳米铜粉或铜合金粉与石墨烯和纳米钛粉作为原料进行混合，并将混合物料置于无水乙醇中且采用超声振动和电磁搅拌复合能场分散石墨烯，使石墨烯在铜或铜合金基体中均匀分布，获得混合浆料；接着将混合浆料置于球磨机中进行球磨后，对获得的复合粉末进行烘干处理；然后对烘干的复合粉末进行冷等静压成型合金坯料；最后将合金坯料进行热挤压加工，从而获得石墨烯增强铜或铜合金棒材。本发明由于采用超声振动和电磁搅拌复合能场分散石墨烯，可使高表面能易团聚的石墨烯均匀分散在铜或铜合金基体中，有利于改善石墨烯增强铜基复合材料的组织和性能。且本发明方法工艺过程简单，成本较低，适合批量化工业生产。

Description

一种石墨烯增强铜或铜合金棒材的制备方法
技术领域
本发明涉及有色金属新材料制备技术领域，特别是涉及一种石墨烯增强铜或铜合金棒材的制备方法。
背景技术
铜是重要的结构及导电导热材料，对国民经济、社会发展和国防建设具有重要战略意义，但铜强度较低，无法满足工业快速发展对其提出的新需求，因此在铜中加入合适的增强体来提高其强度的同时不降低其导电导热性能，成为拟解决的关键问题。传统的碳纤维增强铜基复合材料虽具有高导电导热及耐磨性能等优势，但力学性能较差；而铜中添加碳纳米管虽然能够获得比碳纤维更好的增强效果，但其制备比较困难。所以，以这两种增强体为主的铜基复合材料的应用受到很大限制。
石墨烯自2004年由英国曼彻斯特大学物理学家首次成功制备出以来受到了广泛关注，是新材料领域里的研究热点。石墨烯由于具有比表面积大、超强的导电性和强度等显著特点，作为增强体用于开发高性能铜基复合材料具有巨大的应用潜力。但是，石墨烯难分散、易团聚，铜与石墨烯之间的润湿性能较差、界面结合强度低，导致力学和物理性能降低。尽管许多研究者在研究提高石墨烯在铜基体中的均匀分散性以及二者之间的润湿性方面开展了大量工作，但研究开发的石墨烯增强铜基复合材料性能仍然不稳定，还需要进一步改善和提高。以上问题极大地限制了石墨烯增强铜基复合材料的进一步快速发展和推广应用。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种工艺简单、制造成本低，能够获得高性能石墨烯增强铜或铜合金棒材的制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的石墨烯增强铜或铜合金棒材的制备方法制备方法，其特点是：首先将纳米铜粉或铜合金粉与石墨烯和纳米钛粉作为原料进行混合，并将混合物料置于无水乙醇中且采用超声振动和电磁搅拌复合能场分散石墨烯，使石墨烯在铜或铜合金基体中均匀分布，获得混合浆料；接着将混合浆料置于球磨机中进行球磨后，对获得的复合粉末进行烘干处理；然后对烘干的复合粉末进行冷等静压成型合金坯料；最后将合金坯料进行热挤压加工，从而获得石墨烯增强铜或铜合金棒材；
其具体的制备步骤如下：
步骤一：将纳米铜粉或铜合金粉与纳米钛粉混合后得到混合物料，且在混合物料中纳米钛粉的质量百分比为0.1～1.0wt%，其余为纳米铜粉或铜合金粉；
步骤二：将混合物料置于质量百分比浓度≥ 99.7%的无水乙醇中，并采用超声振动和电磁搅拌复合能对混合物料进行分散30～60min后，得到粉体悬浮液，将0.1～3.0wt%的石墨烯加入到粉体悬浮液中，再采用超声振动和电磁搅拌复合能场进行分散30～60min，得到混合浆料；
步骤三：将混合浆料和不锈钢磨球置于球磨罐中，在200～500r/min条件下球磨5～12h，获得复合粉末，并对复合粉末进行烘干处理，烘干处理温度为80～150℃，时间为2～10h；
步骤四：将烘干的复合粉末置于橡胶模具中进行冷等静压成型，压力为200～400MPa，时间为30～180s，获得合金坯料；
步骤五：将合金坯料进行热挤压形成高性能石墨烯增强铜或铜合金棒材，挤压温度为800～1000℃，挤压比为10～30。
本发明与现有技术相比，具有以下显著优点：
1、本发明采用超声振动和电磁搅拌复合能场分散石墨烯，可使高表面能易团聚的石墨烯均匀分散在铜基体中，有利于获得组织均匀和力学性能稳定的石墨烯增强铜基复合材料；
2、本发明提供的方法工艺过程简单，成本较低，适合批量化工业生产。
具体实施方式
本发明所述的石墨烯增强铜或铜合金棒材的制备方法，首先将纳米铜粉或铜合金粉与石墨烯和纳米钛粉作为原料进行混合，并将混合物料置于无水乙醇中且采用超声振动和电磁搅拌复合能场分散石墨烯，使石墨烯在铜或铜合金基体中均匀分布，获得混合浆料；接着将混合浆料置于球磨机中进行球磨后，对获得的复合粉末进行烘干处理；然后对烘干的复合粉末进行冷等静压成型合金坯料；最后将合金坯料进行热挤压加工，从而获得石墨烯增强铜或铜合金棒材。
其具体的制备步骤如下：
步骤一：将纳米铜粉或铜合金粉与纳米钛粉混合后得到混合物料，且在混合物料中纳米钛粉的质量百分比为0.1～1.0wt%，其余为纳米铜粉或铜合金粉；
步骤二：将混合物料置于质量百分比浓度≥ 99.7%的无水乙醇中，并采用超声振动和电磁搅拌复合能对混合物料进行分散30～60min后，得到粉体悬浮液，将0.1～3.0wt%的石墨烯加入到粉体悬浮液中，再采用超声振动和电磁搅拌复合能场进行分散30～60min，得到混合浆料；
步骤三：将混合浆料和不锈钢磨球置于球磨罐中，在200～500r/min条件下球磨5～12h，获得复合粉末，并对复合粉末进行烘干处理，烘干处理温度为80～150℃，时间为2～10h；
步骤四：将烘干的复合粉末置于橡胶模具中进行冷等静压成型，压力为200～400MPa，时间为30～180s，获得合金坯料；
步骤五：将合金坯料进行热挤压形成高性能石墨烯增强铜或铜合金棒材，挤压温度为800～1000℃，挤压比为10～30。
下面通过具体实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1：
通过本发明制备直径为Φ20mm的石墨烯增强铜棒材。
步骤一：将96.0wt%纳米铜粉、1.0wt%纳米钛粉混合后得到混合物料；
步骤二：将混合物料置于质量百分比浓度≥ 99.7%的无水乙醇中，并采用超声振动和电磁搅拌复合能场对混合料进行分散30min后，得到粉体悬浮液，将3.0wt%的石墨烯加入到粉体悬浮液中，再次采用超声振动和电磁搅拌复合能进行分散60min，得到混合浆料；
步骤三：将混合浆料和不锈钢磨球置于球磨罐中，在500r/min条件下球磨5h，获得复合粉末，并对复合粉末进行烘干处理，烘干处理温度为80℃，时间10h；
步骤四：将烘干的复合粉末置于橡胶模具中进行冷等静压成型，压力为400MPa，时间为30s，获得合金坯料；
步骤五：将合金坯料进行热挤压形成高性能石墨烯增强铜棒材，挤压温度为1000℃，挤压比为10。最终获得一种石墨烯增强铜棒材。
实施例2：
通过本发明制备直径为Φ15mm的石墨烯增强铜棒材。
步骤一：将98.0wt%纳米铜粉、0.5wt%纳米钛粉混合后得到混合物料；
步骤二：将混合物料置于质量百分比浓度≥ 99.7%的无水乙醇中，并采用超声振动和电磁搅拌复合能场对混合料进行分散45min后，得到粉体悬浮液，将1.5wt%的石墨烯加入到粉体悬浮液中，再次采用超声振动和电磁搅拌复合能进行分散45min，得到混合浆料；
步骤三：将混合浆料和不锈钢磨球置于球磨罐中，在350r/min条件下球磨8h，获得复合粉末，并对复合粉末进行烘干处理，烘干处理温度为120℃，时间为5h；
步骤四：将烘干的复合粉末置于橡胶模具中进行冷等静压成型，压力为300MPa，时间为60s，获得合金坯料；
步骤五：将合金坯料进行热挤压形成高性能石墨烯增强铜棒材，挤压温度为900℃，挤压比为30。最终获得一种石墨烯增强铜棒材。
实施例3：
通过本发明制备直径为Φ10mm的石墨烯增强铜棒材。
步骤一：将99.8wt%纳米铜粉、0.1wt%纳米钛粉混合后得到混合物料；
步骤二：将混合物料置于质量百分比浓度≥ 99.7%的无水乙醇中，并采用超声振动和电磁搅拌复合能场对混合料进行分散60min后，得到粉体悬浮液，将0.1wt%的石墨烯加入到粉体悬浮液中，再次采用超声振动和电磁搅拌复合能进行分散60min，得到混合浆料；
步骤三：将混合浆料和不锈钢磨球置于球磨罐中，在200r/min条件下球磨12h，获得复合粉末，并对复合粉末进行烘干处理，烘干处理温度为150℃，时间为2h；
步骤四：将烘干的复合粉末置于橡胶模具中进行冷等静压成型，压力为200MPa，时间为180s，获得合金坯料；
步骤五：将合金坯料进行热挤压形成高性能石墨烯增强铜棒材，挤压温度为800℃，挤压比为30。最终获得一种石墨烯增强铜棒材。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。

Claims (1)

1.一种石墨烯增强铜或铜合金棒材的制备方法，其特征在于：首先将纳米铜粉或铜合金粉与石墨烯和纳米钛粉作为原料进行混合，并将混合物料置于无水乙醇中且采用超声振动和电磁搅拌复合能场分散石墨烯，使石墨烯在铜或铜合金基体中均匀分布，获得混合浆料；接着将混合浆料置于球磨机中进行球磨后，对获得的复合粉末进行烘干处理；然后对烘干的复合粉末进行冷等静压成型合金坯料；最后将合金坯料进行热挤压加工，从而获得石墨烯增强铜或铜合金棒材；
其具体的制备步骤如下：
步骤一：将纳米铜粉或铜合金粉与纳米钛粉混合后得到混合物料，且在混合物料中纳米钛粉的质量百分比为0.1～1.0wt%，其余为纳米铜粉或铜合金粉；
步骤二：将混合物料置于质量百分比浓度≥ 99.7%的无水乙醇中，并采用超声振动和电磁搅拌复合能对混合物料进行分散30～60min后，得到粉体悬浮液，将0.1～3.0wt%的石墨烯加入到粉体悬浮液中，再采用超声振动和电磁搅拌复合能场进行分散30～60min，得到混合浆料；
步骤三：将混合浆料和不锈钢磨球置于球磨罐中，在200～500r/min条件下球磨5～12h，获得复合粉末，并对复合粉末进行烘干处理，烘干处理温度为80～150℃，时间为2～10h；
步骤四：将烘干的复合粉末置于橡胶模具中进行冷等静压成型，压力为200～400MPa，时间为30～180s，获得合金坯料；
步骤五：将合金坯料进行热挤压形成高性能石墨烯增强铜或铜合金棒材，挤压温度为800～1000℃，挤压比为10～30。
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