CN110846529A - 石墨烯增强铜复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及石墨烯的技术领域，尤其涉及一种石墨烯增强铜复合材料的制备方法。一种通过化学气相沉积法在金属铜粉末表面均匀生长石墨烯的方法，以达成铜表面紧密附生均匀的寡层石墨烯纳米片，提升铜的力学性能且不降低导电性能的目的，通过给雾化铜粉颗粒包覆寡层石墨烯来增加合金的力学强度，与此同时还能保证该复合材料的高导电性；通过CVD法在雾化铜粉末表面直接生长石墨烯，可避免机械复合法带来到的破坏原材料结构的弊端，有效且均匀的包覆在铜粒子表面；可生成高品质、与金属结合紧密的寡层石墨烯，且操作简便，易于放大产业化。

Description

石墨烯增强铜复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种，尤其涉及一种石墨烯增强铜复合材料的制备方法。
背景技术
铜作为一种基础金属，是全球使用最广泛、最重要的金属之一。铜金属具有优良的延展性、导热性、导电性和较强的耐腐蚀、抗有机酸及碱的特性，且其导电性与导热性均仅次于银，位列所有金属第二位，由于属性优良，以及可加工性能，铜被广泛应用于电力、建筑、家电、交通运输等行业。据统计，2018年全球精炼铜产量达到2416万吨。中国更是其最大的精炼铜生产国，可达到741万吨每年，如此大的生产量使铜的应用以及各方面优化都成为热门的研究。
纯铜自身存在力学性能偏低，尤其是耐磨性能较差的缺点，严重限制了铜材料的应用范围。为提高铜基材料的综合性能，目前采用的方法主要包括微量金属元素的合金化和刚性材料混杂增强技术。近年来，在铜粉中添加微量其它金属粉末和外加剂，采用热压烧结法制备颗粒增强铜基合金材料成为比较热门的方法之一，但如何更进一步的提高铜基合金材料的力学性能还处于研究阶段。石墨烯是已知强度最高的材料之一。石墨烯的理论杨氏模量高达1.02 TPa，抗拉强度高达130 GPa，少层或单层石墨烯具有很好的韧性。除超高的力学性能外，石墨烯还具有高达5150 W/(m·K) 的热导率和达15000 cm2/(V·s) 的载流子迁移率，是目前世上电阻率最小的材料(Measurement of the elastic propertiesand intrinsic strength of monolayer grapheme．Science, 2008，321(5887): 385-388)。石墨烯特性可以使其提高铜基石墨烯复合材料的力学性能、导热性能和耐磨性能。
东华大学的周千广、彭倚天等人公开了铜/石墨烯复合材料的制备及性能研究（铜/石墨烯复合材料的制备及性能研究. 热加工工艺，2019，48(4): 108-116.）通过对石墨进行预氧化或深度氧化处理，获得的氧化石墨用去离子水进行稀释，然后超声2 h。氧化石墨烯进行敏化和活化处理，处理后洗至中性。活化的氧化石墨烯加入到化学镀铜溶液中超声还原，得到铜/石墨烯纳米复合材料。但该方法存在明显不足：氧化石墨烯的合成工艺较复杂且反应条件较苛刻，产生大量的废酸等废液，造成安全或环保问题。
东莞市莞信企业管理咨询有限公司的刘丽蓉公布了一种铜/石墨烯复合多层散热膜（专利号：CN105624747A），该专利是使用在金属基体上依次镀上石墨烯薄膜与铜，然后融去金属基体得到自撑的石墨烯铜复合材料。该方法存在一些明显的不足：石墨烯薄膜不能均匀的包覆在铜粒子表面，使得石墨烯薄膜强大的力学性能不能充分的发挥出来。
上海和伍新材料科技有限公司的陈乐生等人公开了一种石墨烯/铜复合材料及其制备方法（专利号：CN104711443A），通过将湿法高速球磨的方式将石墨烯薄片从石墨中剥离出来并且得到石墨烯/铜的混合粉，然后使用冶金，热挤压，轧制等技术得到石墨烯铜的复合材料。但该方法存在一些明显的不足：球磨的过程容易使石墨烯结构的完整性遭到破坏，从而削弱石墨烯的强化作用，且石墨烯的分散效果并不明显。
聊城大学的贾正锋等人公布了一种制备铜/石墨烯复合材料的方法（专利号：CN105714141A），该方法是将石墨烯纳米粉加入到铜粉当中经真空球磨进行球磨，然后将球磨过后的粉体经过真空热压烧结得到石墨烯铜复合材料。但该方法存在一些明显的不足：长时间的球磨会产生大量的能耗，而磨损的钢球会造成对石墨烯的金属离子污染，进而影响铜合金。
武汉大学化学与分子科学学院的郑舒婷等人公开了一种通过化学气相沉积法使得石墨烯单晶在液态金属中快速增长的方法（Insight into the rapid growth ofgraphene single crystals on liquid metal via chemical vapor deposition.Science China Materials. (2019). https://doi.org/10.1007/s40843-019-9406-7）。该文中使用CVD生长的石墨烯，使用耐高温金属箔片用来形成液体自力衬底，将铜箔片直接放在衬底箔片上，然后使用高温将固体铜箔熔化成液态，通入低量CH4形成碳源以生长石墨烯，待降到常温后，再将铜/石墨烯复合材料从衬底箔片上转移。该方法是制备超高品质石墨烯的较前沿的方法。但该方法采用了较为复杂的技术路线，且该方法无法满足大规模石墨烯/铜复合材料的制备。
中国科学院上海微系统与信息技术研究所的李铁、王文荣等人公布了一种基于电镀铜衬底制备大面积石墨烯薄膜的方法（ 中国专利号：CN102212794A）。该方法介绍了在硅片上制备图形化电镀铜衬底；利用常压化学气相沉积的方法在800~1000 ℃的温度下，利用甲烷为碳源，氩气和氢气为载气，生长3~5分钟，从而在电镀铜上生成石墨烯的方法。不足之处在于该方法只能在铜材表面形成石墨烯，对于材料的力学强度提升不大。
现有技术的缺点：
石墨烯包覆不均匀：粉末冶金法制备铜/石墨烯复合材料时，传统的办法是使用球磨或机械搅拌等物理混粉工艺，难以使石墨烯均匀包覆在铜粉颗粒的表面。
对力学性能提升作用有限：现有文献和专利成果来看，受衬底材料的影响与限制，未见在已强化的雾化铜合金粉颗粒表面生长石墨烯来继续提高力学强度的报道。
传统铜合金材料存在难以同时具备高力学强度和高导电性的问题：面对一些同时要求高力学性能和高导电性能的铜合金材料的特殊使用要求时，具有较高力学强度的雾化铜合金因其相对较低的导电率往往不能满足该种类应用。
发明内容
本发明旨在解决的技术问题是：
开发使用化学气相沉积(CVD)技术在雾化铜合金粉末表面生长石墨烯制备铜/石墨烯复合材料技术，提高铜基合金材料的力学性能；
克服高能球磨法制备铜/石墨烯复合材料时，对石墨烯与铜合金自身的结构造成的损失与破坏。本发明中使用化学气相沉积法(CVD)在铜合金表面直接生长石墨烯以达到均匀的包覆效果，同时避免了对原材料结构破坏；
传统铜基合金材料在加强力学性能的同时，该合金的导电性会大幅下降。本发明使铜合金的表面均匀的生长的石墨烯具有与铜相当的导电率(7.2×107 S/m)，可以在提高铜基合金材料力学强度的同时不降低导电性，以此满足某些应用对高导电的需求。
为了克服背景技术中存在的缺陷，以粉末冶金与化学气相沉积法相结合，在雾化铜合金粉末表面均匀生长石墨烯制备铜/石墨烯复合的技术，目的在于提高现有的雾化铜合金材料的力学强度，解决该种铜合金力学强化制备时导致的导电率下降的问题，同时解决铜/石墨烯复合材料生产过程中存在的污染环境、工艺过程复杂等不足。具体地，使用现在较为常用的CVD法，使用雾化铜粉为基底，在表面直接生长石墨烯薄膜制备铜/石墨烯复合材料，有效的避免石墨烯与铜合金分散不均匀等问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种石墨烯增强铜复合材料的制备方法包括：
第一步，雾化铜合金粉颗粒表面石墨烯生长工艺：
a、称取1～6份的雾化铜合金粉末置于高纯方舟内；
b、将方舟置于高温管式炉的石英管中部高温区内，抽出石英管内的空气，然后通入高纯氩气Ar，气体流量为200～400 sccm，并将管式炉加热至生长温度900～1000 ℃，升温速率为10～30 ℃/min；
c、升温至生长温度后保温，然后通入氢气H2，流量为10~45 sccm，氧化还原20~40 min；
d、氧化还原结束后在石英管中同时引入流量为5～150 sccm的甲烷CH4和流量为5～150 sccm的氢气H2进行石墨烯的生长，生长时间1～20 min；
e、生长结束后停止通入甲烷CH4与氢气H2，同时停止对管式炉加热，管式炉自然冷却至200 ℃后开盖迅速降温至室温，降温速率为20～200 ℃/min，得到石墨烯均匀包覆的铜合金复合粉末颗粒；
第二步，复合粉末成型工艺：
a、将第一步中e步骤得到的复合粉末颗粒装入硬质合金模具中，在200～300MPa压力下预压成型，得到铜/石墨烯复合材料块体毛坯；
b、将得到的铜/石墨烯复合材料块体毛坯放入管式炉中在惰性气体气氛保护下烧结成型，氮气流量150～200sccm，升温速率8~10 ℃/min，烧结温度1000~1200 ℃，保温2~4 h，烧结结束后随炉降温至室温。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述第一步的a步骤中方舟为氮化硼、三氧化二铝中的一种组成。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述雾化铜合金粉末为以铜为基体与各类微量元素以雾化的方法制备的合金粉末，铜含量为85%‒99%。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述雾化铜合金粉末粒径为5~100μm。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述氩气Ar为>99.999%的高纯氩气。
根据本发明的另一个实施例，进一步包括所述惰性气体气氛为高纯氮气和高纯氩气。
本发明的有益效果是：这种石墨烯增强铜复合材料的制备方法通过给雾化铜粉颗粒包覆寡层石墨烯来增加合金的力学强度，与此同时还能保证该复合材料的高导电性；通过CVD法在雾化铜粉末表面直接生长石墨烯，可避免机械复合法带来到的破坏原材料结构的弊端，有效且均匀的包覆在铜粒子表面；可生成高品质、与金属结合紧密的寡层石墨烯，且操作简便，易于放大产业化。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是光学显微镜下未处理雾化铜合金粉末的结构示意图；
图2是光学显微镜下石墨烯包覆后雾化铜合金粉末的结构示意图；
图3是扫描电子显微镜下石墨烯包覆前的结构示意图；
图4是扫描电子显微镜下石墨烯包覆后雾化铜合金粉末的结构示意图；
图5是石墨烯包覆雾化铜合金复合粉末的拉曼光谱图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新 型实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
石墨烯增强雾化铜合金材料的应用，石墨烯增强铜复合材料的制备方法包括：
第一步，雾化铜合金粉颗粒表面石墨烯生长工艺：
称取1份雾化铜合金粉置于Al2O3方舟内，将方舟置于高温管式炉的石英管中部高温区内，抽出石英管内的空气，然后向石英管内通入流量为300~400 sccm的高纯Ar，并将管式炉加热至生长温度900 ℃，到达生长温度后通入流量为15~20 sccm的H2，氧化还原20 min，然后同时向石英管内通入流量为5~100 sccm的CH4和流量为15~20 sccm的H2进行石墨烯生长，生长时间为3 min，生长结束后停止通入CH4与H2，同时停止管式炉加热，在30 ℃/min速率下降温至室温；
第二步，复合粉末成型工艺：
取第一步中得到的复合粉末30g装入直径为φ20mm的硬质合金模具中，在260MPa压力下预压成型，得到铜/石墨烯复合材料块体毛坯。将得到的块体毛坯放入管式炉中在氮气气氛保护下烧结成型，氮气流量150~200sccm，升温速率8~10 ℃/min，烧结温度1100~1200℃，保温3 h。烧结结束后随炉降温至室温。
实施例2
石墨烯增强雾化铜合金材料的应用，石墨烯增强铜复合材料的制备方法包括：
第一步，雾化铜合金粉颗粒表面石墨烯生长工艺：
称取2份雾化铜合金粉置于Al2O3方舟内，将方舟置于高温管式炉的石英管中部高温区内，抽出石英管内的空气，然后向石英管内通入流量为350~500 sccm的高纯Ar，并将管式炉加热至生长温度1000 ℃，到达生长温度后通入流量为15~20 sccm的H2，氧化还原20 min，然后同时向石英管内通入流量为5~100 sccm的CH4和流量为15~20 sccm的H2进行石墨烯生长，生长时间为5 min，生长结束后停止通入CH4与H2，同时停止管式炉加热，在30 ℃/min速率下降温至室温；
第二步，复合粉末成型工艺：
取第一步中得到的复合粉末30g装入直径为φ20mm的硬质合金模具中，在260MPa压力下预压成型，得到铜/石墨烯复合材料块体毛坯。将得到的块体毛坯放入管式炉中在氮气气氛保护下烧结成型，氮气流量150~200sccm，升温速率8~10 ℃/min，烧结温度1100~1200℃，保温3 h。烧结结束后随炉降温至室温。
实施例3
称取3份雾化铜合金粉置于Al2O3方舟内，将方舟置于高温管式炉的石英管中部高温区内，抽出石英管内的空气，然后向石英管内通入流量为300~400 sccm的高纯Ar，并将管式炉加热至生长温度900 ℃，到达生长温度后通入流量为15~20 sccm的H2，氧化还原20 min，然后同时向石英管内通入流量为5~200 sccm的CH4和流量为15~20 sccm的H2进行石墨烯生长，生长时间为10 min，生长结束后停止通入CH4与H2，同时停止管式炉加热，在30 ℃/min速率下降温至室温；
第二步，复合粉末成型工艺：
取第一步中得到的复合粉末30g装入直径为φ20mm的硬质合金模具中，在260MPa压力下预压成型，得到铜/石墨烯复合材料块体毛坯。将得到的块体毛坯放入管式炉中在氮气气氛保护下烧结成型，氮气流量150~200sccm，升温速率8~10 ℃/min，烧结温度1100~1200℃，保温3 h。烧结结束后随炉降温至室温。
实施例4
称取5份雾化铜合金粉置于Al2O3方舟内，将方舟置于高温管式炉的石英管中部高温区内，抽出石英管内的空气，然后向石英管内通入流量为300~400 sccm的高纯Ar，并将管式炉加热至生长温度900 ℃，到达生长温度后通入流量为15~20 sccm的H2，氧化还原20 min，然后同时向石英管内通入流量为5~200 sccm的CH4和流量为15~20 sccm的H2进行石墨烯生长，生长时间为10 min，生长结束后停止通入CH4与H2，同时停止管式炉加热，在30 ℃/min速率下降温至室温；
第二步，复合粉末成型工艺：
取第一步中得到的复合粉末30g装入直径为φ20mm的硬质合金模具中，在260MPa压力下预压成型，得到铜/石墨烯复合材料块体毛坯。将得到的块体毛坯放入管式炉中在氮气气氛保护下烧结成型，氮气流量150~200sccm，升温速率8~10 ℃/min，烧结温度1100~1200℃，保温3 h。烧结结束后随炉降温至室温。
测试：采用光学显微镜对金属颗粒表面形貌进行分析，光学显微镜购于上海无陌光学仪器有限公司，型号为CMM-50；采用拉曼光谱对石墨烯表面化学性质进行分析，拉曼光谱为 T64000、Ar + 激光、波长532 nm，扫描范围为1000～3000 cm-1；采用场发射扫描电子显微镜表征石墨烯的表面形貌，场发射扫描电子显微镜为SEM，LEO1530VP；依据GB/T228.1-2010标准，对烧结成型的样品制样后进行拉伸性能的测试，每组至少保证5个平行样品，结果取其平均值。
如表1所示，为复合材料各组实施例的参数：
Figure 799175DEST_PATH_IMAGE001
表1
如表2所示，为复合材料的力学性能：
Figure 716316DEST_PATH_IMAGE002
表2
如表3所示，复合材料的导电性能：
表3
实验结果：
实验中可通过宏观的观察铜粉颗粒表面因生长石墨烯而变暗的颜色。
通过光学显微镜拍摄图不难看出，铜粉颗粒表面均匀的包覆了一层石墨烯薄膜，具体的如图1所示为未处理雾化铜合金粉末，图2为石墨烯包覆后雾化铜合金粉末。
通过扫描电子显微镜拍摄图不难看出，铜粉颗粒表面均匀的包覆了一层石墨烯薄膜，具体的如图3所示为石墨烯包覆前，图4为石墨烯包覆后雾化铜合金粉末的微观结构。
通过拉曼光谱拍摄图不难看出，铜粉颗粒表面均匀的包覆了一层石墨烯薄膜，具体的如图5所示为石墨烯包覆雾化铜合金复合粉末的拉曼光谱图。
利用采用光学显微镜、扫描电子显微镜和拉曼光谱观察石墨烯复合材料的结构，证实了本发明提供的化学气相沉积法在雾化铜粉颗粒表面生长石墨烯的技术可以获得在雾化铜粉颗粒表面非常均匀的包覆石墨烯薄膜。
不同实施例中，铜/石墨烯复合材料的力学性能测试结果表明，参见表2，石墨烯的生长对复合材料的屈服强度和5%压缩强度提升极为显著，其中实施例2提升最少，由纯铜材料的98 MPa和121MPa分别提高至175MPa和228MPa，增幅分别为78.6%和88.4%。实施例3提升幅度最大，分别为105.1%和100.8%。
同时，不同的实施例中复合材料的导电性仅有小幅度的降低，使得铜/石墨烯复合材料的保持了高的导电率，实现了不降低铜导电率的前提下提高力学强度的要求。
可见，本发明提供了一种力学强度大于雾化铜合金的石墨烯复合材料的制备方法，在全球使用最重要的金属之一的铜的基础上更是优化了各项新能，使这个使用最广泛的金属拥有了更广泛的应用前景。
通过给雾化铜粉颗粒包覆寡层石墨烯来增加合金的力学强度，与此同时还能保证该复合材料的高导电性。
通过CVD法在雾化铜粉末表面直接生长石墨烯，可避免机械复合法带来到的破坏原材料结构的弊端，有效且均匀的包覆在铜粒子表面。
本发明可生成高品质、与金属结合紧密的寡层石墨烯，且操作简便，易于放大产业化。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，该技术方法具有很强的适应性，可以广泛应用于其它体系的石墨烯基金属复合材料加工，例如，钛合金/石墨烯或镍合金/石墨烯等复合材料，对推动石墨烯基金属复合材料的规模化生产与应用将产生积极作用。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种石墨烯增强铜复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
第一步，雾化铜合金粉颗粒表面石墨烯生长工艺：
a、称取1～6份的雾化铜合金粉末置于高纯方舟内；
b、将方舟置于高温管式炉的石英管中部高温区内，抽出石英管内的空气，然后通入氩气Ar，气体流量为200～400 sccm，并将管式炉加热至生长温度900～1000 ℃，升温速率为10～30 ℃/min；
c、升温至生长温度后保温，然后通入氢气H2，流量为10~45 sccm，氧化还原20~40 min；
d、氧化还原结束后在石英管中同时引入流量为5～150 sccm的甲烷CH4和流量为5～150sccm的氢气H2进行石墨烯的生长，生长时间1～20 min；
e、生长结束后停止通入甲烷CH4与氢气H2，同时停止对管式炉加热，管式炉自然冷却至200 ℃后开盖迅速降温至室温，降温速率为20～200 ℃/min，得到石墨烯均匀包覆的铜合金复合粉末颗粒；
第二步，复合粉末成型工艺：
a、将第一步中e步骤得到的复合粉末颗粒装入硬质合金模具中，在200～300MPa压力下预压成型，得到铜/石墨烯复合材料块体毛坯；
b、将得到的铜/石墨烯复合材料块体毛坯放入管式炉中在惰性气体气氛保护下烧结成型，氮气流量150～200sccm，升温速率8~10 ℃/min，烧结温度1000~1200 ℃，保温2~4 h，烧结结束后随炉降温至室温。
2.如权利要求1所述的石墨烯增强铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述第一步的a步骤中方舟为氮化硼、三氧化二铝中的一种组成。
3.如权利要求1所述的石墨烯增强铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述雾化铜合金粉末为以铜为基体与各类微量元素以雾化的方法制备的合金粉末，铜含量为85%‒99%。
4.如权利要求1所述的石墨烯增强铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述雾化铜合金粉末粒径为5~100μm。
5.如权利要求1所述的石墨烯增强铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述氩气Ar为>99.999%的高纯氩气。
6.如权利要求1所述的石墨烯增强铜复合材料的制备方法，其特征在于：所述惰性气体气氛为高纯氮气和高纯氩气。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111364018A (zh) * 2020-03-02 2020-07-03 江阴电工合金股份有限公司 一种石墨烯铜基复合材料及其制备方法
CN112589110A (zh) * 2020-12-08 2021-04-02 北京飞利信信息安全技术有限公司 一种石墨烯增强型合金复合材料及其制备方法
CN113897590A (zh) * 2020-06-22 2022-01-07 上海新池能源科技有限公司 一种铜粉表面生长石墨烯薄膜的方法
CN114284757A (zh) * 2021-11-29 2022-04-05 国网河南省电力公司电力科学研究院 一种高强度耐腐蚀铜铝过渡线夹及其制备方法
CN114653958A (zh) * 2022-04-01 2022-06-24 中国科学院过程工程研究所 超细碳化物增强的高速工具钢粉末原料及烧结方法
CN115351277A (zh) * 2022-08-04 2022-11-18 国网智能电网研究院有限公司 一种石墨烯铜复合材料及其制备方法和应用
CN116021011A (zh) * 2023-01-09 2023-04-28 哈尔滨工业大学 一种石墨烯包覆铜粉颗粒增强冷喷涂铜基复合涂层的制备方法
CN117758101A (zh) * 2023-12-05 2024-03-26 哈尔滨工业大学 一种基于石墨烯限域生长的快速制备高质量石墨烯-铜复合材料及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103773985A (zh) * 2014-02-26 2014-05-07 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
CN105603248A (zh) * 2016-03-21 2016-05-25 中南大学 一种泡沫石墨烯骨架增强铜基复合材料及制备方法
US20190066879A1 (en) * 2017-08-30 2019-02-28 Ultra Conductive Copper Company, Inc. Method and System for Forming a Multilayer Composite Structure
CN110216282A (zh) * 2019-05-30 2019-09-10 上海新池能源科技有限公司 铜基合金触点的制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103773985A (zh) * 2014-02-26 2014-05-07 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
CN105603248A (zh) * 2016-03-21 2016-05-25 中南大学 一种泡沫石墨烯骨架增强铜基复合材料及制备方法
US20190066879A1 (en) * 2017-08-30 2019-02-28 Ultra Conductive Copper Company, Inc. Method and System for Forming a Multilayer Composite Structure
CN110216282A (zh) * 2019-05-30 2019-09-10 上海新池能源科技有限公司 铜基合金触点的制备方法

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111364018B (zh) * 2020-03-02 2021-10-08 江阴电工合金股份有限公司 一种石墨烯铜基复合材料及其制备方法
CN111364018A (zh) * 2020-03-02 2020-07-03 江阴电工合金股份有限公司 一种石墨烯铜基复合材料及其制备方法
CN113897590A (zh) * 2020-06-22 2022-01-07 上海新池能源科技有限公司 一种铜粉表面生长石墨烯薄膜的方法
CN113897590B (zh) * 2020-06-22 2024-05-07 上海新池能源科技有限公司 一种铜粉表面生长石墨烯薄膜的方法
US11549161B2 (en) * 2020-12-08 2023-01-10 Beijing Feilixin Information Security Technology Co., Ltd. Graphene-reinforced alloy composite material and preparation method thereof
CN112589110A (zh) * 2020-12-08 2021-04-02 北京飞利信信息安全技术有限公司 一种石墨烯增强型合金复合材料及其制备方法
US20220178003A1 (en) * 2020-12-08 2022-06-09 Beijing Feilixin Information Security Technology Co., Ltd. Graphene-reinforced alloy composite material and preparation method thereof
CN114284757A (zh) * 2021-11-29 2022-04-05 国网河南省电力公司电力科学研究院 一种高强度耐腐蚀铜铝过渡线夹及其制备方法
CN114653958A (zh) * 2022-04-01 2022-06-24 中国科学院过程工程研究所 超细碳化物增强的高速工具钢粉末原料及烧结方法
CN115351277B (zh) * 2022-08-04 2024-02-06 国网智能电网研究院有限公司 一种石墨烯铜复合材料及其制备方法和应用
CN115351277A (zh) * 2022-08-04 2022-11-18 国网智能电网研究院有限公司 一种石墨烯铜复合材料及其制备方法和应用
CN116021011A (zh) * 2023-01-09 2023-04-28 哈尔滨工业大学 一种石墨烯包覆铜粉颗粒增强冷喷涂铜基复合涂层的制备方法
CN116021011B (zh) * 2023-01-09 2023-08-29 哈尔滨工业大学 一种石墨烯包覆铜粉颗粒增强冷喷涂铜基复合涂层的制备方法
CN117758101A (zh) * 2023-12-05 2024-03-26 哈尔滨工业大学 一种基于石墨烯限域生长的快速制备高质量石墨烯-铜复合材料及方法

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