CN109097615A - 石墨烯增强复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种石墨烯增强复合材料及其制备方法，该方法包括步骤：(1)、制备氧化石墨烯；(2)、将氧化石墨烯分散于乙醇溶液中，制得氧化石墨烯溶液，将铜粉加入至氧化石墨烯溶液中，超声混合1～3小时，然后在40～80℃干燥，球磨7～9小时，使得氧化石墨烯包覆于铜粉表面，获得复合粉体；(3)、复合粉体的热压烧结。本发明的复合材料具有良好的性能，其硬度达到53HV，相对于纯铜的硬度提高了35％以上；复合材料的抗拉强度达到240MPa，相对于纯铜的抗拉强度提高了32％以上。

Description

石墨烯增强复合材料及其制备方法
技术领域
本申请属于材料技术领域，特别是涉及一种石墨烯增强复合材料及其制备方法。
背景技术
石墨烯是一种只有一个原子厚度的二维碳膜，是人们迄今发现的唯一一种由单层原子构成的材料，碳膜中碳原子之间由化学键连接成六角网络，由于碳原子之间的化学键由sp2杂化轨道组成，因此石墨烯很顽强，具备可弯折、导电性强、机械强度好、透光性好等其他新材料不具备的优良特性。
随着电子消费和印刷产业的发展，铜合金使用上对质量提出更高的要求，在保证优良的导电、导热、耐腐蚀性能的基础上，要求铜基复合材料具有更高的强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯增强复合材料及其制备方法，已克服现有技术中的不足。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本申请实施例公开一种石墨烯增强复合材料，包括铜基体、以及分散于铜基体中的氧化石墨烯，所述氧化石墨烯的含量为0.6～0.8wt％。
相应的，本申请还公开了一种石墨烯增强复合材料的制备方法，包括步骤：
(1)、制备氧化石墨烯；
(2)、将氧化石墨烯分散于乙醇溶液中，制得氧化石墨烯溶液，将铜粉加入至氧化石墨烯溶液中，超声混合1～3小时，然后在40～80℃干燥，球磨7～9小时，使得氧化石墨烯包覆于铜粉表面，获得复合粉体；
(3)、复合粉体的热压烧结。
优选的，在上述的石墨烯增强复合材料的制备方法中，所述步骤(1)中，氧化石墨烯的制备方法包括：取石墨粉、浓硫酸及高锰酸钾混合均匀，加热至40～80℃，搅拌反应1～3h，过滤后干燥并研磨；将研磨后的产物分散于去离子水中，调节PH小于3，加入过氧化氢和高锰酸钾，反应2～5h，去除上层清液，沉降物中加入去离子水并搅拌后进行离心沉降，取沉降物洗涤、干燥处理，然后分散于去离子水中喷雾干燥即得氧化石墨烯。
优选的，在上述的石墨烯增强复合材料的制备方法中，所述石墨粉与高锰酸钾的重量比为1:(2～4)。
优选的，在上述的石墨烯增强复合材料的制备方法中，所述步骤(3)中，复合粉体在真空环境下进行高温烧结，烧结温度为700～900℃，压力条件为15～20MPa，烧结时间1～3小时，获得石墨烯增强复合材料。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的复合材料具有良好的性能，其硬度达到53HV，相对于纯铜的硬度提高了35％以上；复合材料的抗拉强度达到240MPa，相对于纯铜的抗拉强度提高了32％以上。
具体实施方式
本发明通过下列实施例作进一步说明：根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1
石墨烯增强复合材料的制备方法
(1)、氧化石墨烯的制备
取石墨粉、浓硫酸及高锰酸钾混合均匀，石墨粉与高锰酸钾的重量比为1:2，加热至60℃，搅拌反应2h，过滤后干燥并研磨；将研磨后的产物分散于去离子水中，调节PH小于3，加入过氧化氢和高锰酸钾，反应4h，去除上层清液，沉降物中加入去离子水并搅拌后进行离心沉降，取沉降物洗涤、干燥处理，然后分散于去离子水中喷雾干燥即得氧化石墨烯。
(2)、氧化石墨烯与铜粉混合
将氧化石墨烯分散于乙醇溶液中，制得氧化石墨烯溶液。
将铜粉加入至氧化石墨烯溶液中，铜粉与氧化石墨烯的重量比为8:1000，超声混合2小时，然后在60℃干燥，球磨8小时，使得氧化石墨烯包覆于铜粉表面，获得复合粉体。
(3)、复合粉体的热压烧结
复合粉体在真空环境下进行高温烧结，烧结温度为900℃，压力条件为20MPa，烧结时间2小时，获得石墨烯增强复合材料。
获得的复合材料的硬度为53HV，相对于纯铜的硬度提高了35％以上；复合材料的抗拉强度达到240MPa，相对于纯铜的抗拉强度提高了32％以上。
实施例2
石墨烯增强复合材料的制备方法
(1)、氧化石墨烯的制备
取石墨粉、浓硫酸及高锰酸钾混合均匀，石墨粉与高锰酸钾的重量比为1:3，加热至60℃，搅拌反应2h，过滤后干燥并研磨；将研磨后的产物分散于去离子水中，调节PH小于3，加入过氧化氢和高锰酸钾，反应4h，去除上层清液，沉降物中加入去离子水并搅拌后进行离心沉降，取沉降物洗涤、干燥处理，然后分散于去离子水中喷雾干燥即得氧化石墨烯。
(2)、氧化石墨烯与铜粉混合
将氧化石墨烯分散于乙醇溶液中，制得氧化石墨烯溶液。
将铜粉加入至氧化石墨烯溶液中，铜粉与氧化石墨烯的重量比为8:1000，超声混合2小时，然后在60℃干燥，球磨8小时，使得氧化石墨烯包覆于铜粉表面，获得复合粉体。
(3)、复合粉体的热压烧结
复合粉体在真空环境下进行高温烧结，烧结温度为850℃，压力条件为15MPa，烧结时间2小时，获得石墨烯增强复合材料。
获得的复合材料的硬度为50HV；复合材料的抗拉强度达到227MPa。
实施例3
石墨烯增强复合材料的制备方法
(1)、氧化石墨烯的制备
取石墨粉、浓硫酸及高锰酸钾混合均匀，石墨粉与高锰酸钾的重量比为1:4，加热至60℃，搅拌反应2h，过滤后干燥并研磨；将研磨后的产物分散于去离子水中，调节PH小于3，加入过氧化氢和高锰酸钾，反应4h，去除上层清液，沉降物中加入去离子水并搅拌后进行离心沉降，取沉降物洗涤、干燥处理，然后分散于去离子水中喷雾干燥即得氧化石墨烯。
(2)、氧化石墨烯与铜粉混合
将氧化石墨烯分散于乙醇溶液中，制得氧化石墨烯溶液。
将铜粉加入至氧化石墨烯溶液中，铜粉与氧化石墨烯的重量比为6:1000，超声混合2小时，然后在60℃干燥，球磨8小时，使得氧化石墨烯包覆于铜粉表面，获得复合粉体。
(3)、复合粉体的热压烧结
复合粉体在真空环境下进行高温烧结，烧结温度为700℃，压力条件为20MPa，烧结时间3小时，获得石墨烯增强复合材料。
获得的复合材料的硬度为51HV；复合材料的抗拉强度达到232MPa。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

Claims (5)

1.一种石墨烯增强复合材料，其特征在于，包括铜基体、以及分散于铜基体中的氧化石墨烯，所述氧化石墨烯的含量为0.6～0.8wt％。
2.权利要求1所述的石墨烯增强复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
(1)、制备氧化石墨烯；
(2)、将氧化石墨烯分散于乙醇溶液中，制得氧化石墨烯溶液，将铜粉加入至氧化石墨烯溶液中，超声混合1～3小时，然后在40～80℃干燥，球磨7～9小时，使得氧化石墨烯包覆于铜粉表面，获得复合粉体；
(3)、复合粉体的热压烧结。
3.根据权利要求2所述的石墨烯增强复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，氧化石墨烯的制备方法包括：取石墨粉、浓硫酸及高锰酸钾混合均匀，加热至40～80℃，搅拌反应1～3h，过滤后干燥并研磨；将研磨后的产物分散于去离子水中，调节PH小于3，加入过氧化氢和高锰酸钾，反应2～5h，去除上层清液，沉降物中加入去离子水并搅拌后进行离心沉降，取沉降物洗涤、干燥处理，然后分散于去离子水中喷雾干燥即得氧化石墨烯。
4.根据权利要求3所述的石墨烯增强复合材料的制备方法，其特征在于：所述石墨粉与高锰酸钾的重量比为1:(2～4)。
5.根据权利要求2所述的石墨烯增强复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，复合粉体在真空环境下进行高温烧结，烧结温度为700～900℃，压力条件为15～20MPa，烧结时间1～3小时，获得石墨烯增强复合材料。
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