CN115522091A - 石墨烯铜复合材料及其制备方法 - Google Patents
石墨烯铜复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115522091A CN115522091A CN202211209967.1A CN202211209967A CN115522091A CN 115522091 A CN115522091 A CN 115522091A CN 202211209967 A CN202211209967 A CN 202211209967A CN 115522091 A CN115522091 A CN 115522091A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- mixture
- copper
- continuous casting
- composite material
- 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.)
- Pending
Links
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 111
- 239000010949 copper Substances 0.000 title claims abstract description 111
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 77
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 104
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 99
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 97
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 97
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 claims abstract description 72
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 27
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 18
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 18
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 17
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 5
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 55
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 34
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 abstract description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 abstract description 4
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 abstract description 4
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 13
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 10
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 7
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 6
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 5
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 5
- 150000001879 copper Chemical class 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 3
- 238000002490 spark plasma sintering Methods 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000011534 incubation Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 238000009417 prefabrication Methods 0.000 description 2
- 238000010926 purge Methods 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
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
- C22C1/10—Alloys containing non-metals
- C22C1/1036—Alloys containing non-metals starting from a melt
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/001—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of specific alloys
- B22D11/004—Copper alloys
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
- B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
- B22D11/10—Supplying or treating molten metal
- B22D11/11—Treating the molten metal
- B22D11/113—Treating the molten metal by vacuum treating
-
- 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
- H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
- H01B1/02—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of metals or alloys
- H01B1/026—Alloys based on copper
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Abstract
本申请涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种石墨烯铜复合材料及其制备方法。石墨烯铜复合材料的制备方法，包括：将石墨烯和铜粉的混合物熔炼后于真空条件下连铸；其中，石墨烯占混合物的质量百分数≤2％；连铸的温度为1050‑1250℃，连铸的速度≤15mm/min。本申请采用石墨烯和铜粉的混合物，利用真空连铸技术制备石墨烯铜复合材料；石墨烯的引入可以作为铜粉中的异质成分，有利于促进铜材的形核结晶；且通过石墨烯的占比、连铸温度以及连铸速度的协同配合，可以使得石墨烯铜复合材料形成柱状晶或单晶组织，有利于提高铜材的导电性，具有一定的抗压强度也有利于提高铜材的延伸率。
Description
技术领域
本申请涉及冶金技术领域，具体而言，涉及一种石墨烯铜复合材料及其制备方法。
背景技术
铜因其具有的高导电性、高导热性以及价格便宜等优势，成为现代电子信息产业和电力传输产业等现代工业领域中应用最广的材料之一。随着航空航天、电力传输、5G+通讯、新能源汽车以及无人驾驶等领域的快速发展，人们对于高信息传输速率、低功耗应用的需求愈加迫切，这对作为高导电导热材料的铜材料提出了更高的要求。
但是，目前铜材导电性的提升存在限制瓶颈，无法满足上述工业领域中的高标准要求。
发明内容
本申请的目的在于提供一种石墨烯铜复合材料及其制备方法，其旨在改善现有的铜材的导电性难以进一步提升的技术问题。
第一方面，本申请提供一种石墨烯铜复合材料的制备方法，包括：将石墨烯和铜粉的混合物熔炼后于真空条件下连铸；其中，石墨烯占混合物的质量百分数≤2％；连铸的温度为1050-1250℃，连铸的速度≤15mm/min。
本申请采用石墨烯和铜粉的混合物，利用真空连铸技术制备石墨烯铜复合材料；石墨烯的引入可以作为铜粉中的异质成分，有利于促进铜材的形核结晶；且通过石墨烯在混合物中的占比、连铸温度以及连铸速度的协同配合，可以使得石墨烯铜复合材料形成柱状晶或单晶组织，有利于提高铜材的导电性，也有利于提高铜材的延伸率。
在本申请第一方面的一些实施例中，连铸的温度为1050-1200℃，连铸的速度为大于8mm/min且≤15mm/min。
上述真空连铸条件下，可以使得石墨烯铜复合材料形成柱状晶组织，有利于提高铜材的导电性。
在本申请第一方面的一些实施例中，连铸的温度为1220-1250℃，连铸的速度为0.3-8mm/min。
上述真空连铸条件下，可以使得石墨烯铜复合材料形成单晶组织，有利于提高铜材的导电性。
在本申请第一方面的一些实施例中，石墨烯占混合物的质量百分数为0.1-1％。
石墨烯占混合物的质量百分数为0.1-1％，有利于进一步提高石墨烯铜复合材料形成的柱状晶或单晶组织的质量，进而进一步提高铜材的导电性。
在本申请第一方面的一些实施例中，熔炼的步骤包括：将混合物于1170-1200℃下熔炼不少于10min。
上述条件下，可以使得石墨烯和铜粉的混合物可以充分熔化，进而有利于提高后续真空连铸时形成柱状晶或单晶组织的质量。
可选地，熔炼的步骤包括：将混合物于1170-1200℃下熔炼10-30min。
在本申请第一方面的一些实施例中，熔炼的步骤还包括：在将混合物于1170-1200℃下熔炼不少于10min之前，将混合物于800-900℃下保温不少于10min。
在将混合物于1170-1200℃下熔炼不少于10min之前，混合物于800-900℃下保温不少于10min，可以对混合物进行有效预热，使得混合物受热更加均匀，有利于后续混合物可以快速且充分地熔化，进而有利于提高后续真空连铸时形成柱状晶或单晶组织的质量。
可选地，熔炼的步骤还包括：在将混合物于1170-1200℃下熔炼不少于10min之前，将混合物于800-900℃下保温10-30min。
在本申请第一方面的一些实施例中，混合物的制备方法包括：将石墨烯和铜粉搅拌混合；其中，石墨烯的层数为1-10层，铜粉的粒径≤150μm。
上述条件下可以使得石墨烯和铜粉之间实现充分混合，有利于有效避免因石墨烯和铜粉混合过程中石墨烯发生团聚而导致的不利于后续真空连铸形成高质量的柱状晶或单晶组织的情况。
在本申请第一方面的一些实施例中，制备方法还包括：在将混合物熔炼之前，将混合物预制成型。
在将混合物熔炼之前，将混合物预制成型，可以有利于避免熔炼过程中石墨烯漂浮的情况，有利于方便后续进行真空连铸操作。
可选地，预制成型的步骤包括：将混合物于真空条件下、930-1000℃、30-50Mpa下热压不少于50min。
可选地，预制成型的步骤包括：将混合物于真空条件下、930-1000℃、30-50Mpa下热压50-150min。
可选地，预制成型的步骤还包括：在热压之前，将混合物于10-30℃、5-15Mpa下预压不少于10min。
在本申请第一方面的一些实施例中，连铸的真空度为10-3-10-2Pa。
上述条件下，有利于进一步提高石墨烯铜复合材料形成的柱状晶或单晶组织的质量，进而进一步提高铜材的导电性。
第二方面，本申请提供一种石墨烯铜复合材料，采用如上述第一方面提供的制备方法制得。
本申请提供的石墨烯铜复合材料，相比传统铜材，具有优异导电性(大于99％IACS)，且延伸率(大于50％)更高；且抗拉强度大于250Mpa。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本申请提供的石墨烯铜复合材料的制备方法流程图。
图2示出了本申请实施例1制得的石墨烯铜复合材料的组织表征图。
图3示出了本申请实施例2制得的石墨烯铜复合材料的组织表征图。
图4示出了本申请实施例3制得的石墨烯铜复合材料的组织表征图。
图5示出了本申请对比例1制得的石墨烯铜复合材料的组织表征图。
图6示出了本申请实施例1步骤(1)得到的混合物的微观组织图。
图7示出了本申请实施例9步骤(1)得到的混合物的微观组织图。
图8示出了本申请实施例1步骤(1)得到的混合物的SEM图。
图9示出了本申请实施例10步骤(1)得到的混合物的SEM图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本申请提供一种石墨烯铜复合材料的制备方法，采用石墨烯和铜粉的混合物，利用真空连铸技术制备石墨烯铜复合材料。图1示出了本申请提供的石墨烯铜复合材料的制备方法流程图，请参阅图1，石墨烯铜复合材料的制备方法包括：
S10，将石墨烯和铜粉混合，得到混合物。
石墨烯可以作为铜粉中的异质成分，有利于后续熔炼后真空连铸时可以促进铜材的形核结晶。
在本申请中，石墨烯占混合物的质量百分数≤2％。
若石墨烯在混合物中的占比过大，后续真空连铸不易形成柱状晶或单晶组织，不利于有效提高铜材的导电性和力学性能；且在石墨烯与铜粉的混合过程中，易引起石墨烯的团聚，导致石墨烯和铜粉的混合不均匀，也不利于形成高质量的柱状晶或单晶组织。
进一步地，石墨烯占混合物的质量百分数为0.1-1％，有利于进一步提高石墨烯铜复合材料形成的柱状晶或单晶组织的质量，进而进一步提高铜材的导电性。
作为示例性地，石墨烯占混合物的质量百分数可以为0.1％、0.15％、0.2％、0.5％、0.75％或者1％等等。
在本申请中，石墨烯的层数为1-10层，有利于进一步避免在石墨烯与铜粉的混合过程中引起石墨烯的团聚，有利于后续真空连铸形成高质量的柱状晶或单晶组织。
作为示例性地，石墨烯的层数可以为1层、2层、5层、7层或者10层等等。
在本申请中，铜粉的粒径≤150μm，可以使得铜粉之间的间隙不会太大，进而有利于进一步避免在石墨烯与铜粉的混合过程中引起石墨烯的团聚，有利于后续真空连铸形成高质量的柱状晶或单晶组织。
作为示例性地，铜粉的粒径可以≤50μm、≤70μm、≤100μm、≤120μm或者≤150μm等等。
在本申请中，将石墨烯和铜粉混合采用机械混合的方式，例如，搅拌混合或者研磨混合等。
进一步地，相对于球磨等研磨混合的方式，采用搅拌浆或搅拌叶的机械搅拌混合的方式，在石墨烯和铜粉混合的过程中，有利于避免铜粉被压扁结团，有利于石墨烯与铜粉之间充分均匀混合，进而有利于后续真空连铸形成高质量的柱状晶或单晶组织。
在一些实施方式中，铜粉选用电解铜粉，电解铜粉的纯度较高，有利于进一步提高石墨烯铜复合材料形成的柱状晶或单晶组织的质量。需要说明的是，在其他可行的实施方式中，铜粉只要是单质铜即可。
S20，将混合物预制成型。
在将混合物熔炼之前，将混合物预制成型，可以有利于避免熔炼过程中石墨烯漂浮的情况，有利于方便后续进行真空连铸操作。
在本申请中，将混合物预制成型采用热压成型或者放电等离子烧结(SPS)成型。需要说明的是，将混合物预制成型也可以采用其他方式，只要能够使得混合物成型形成块体，以避免石墨烯在后续熔炼过程中漂浮即可。
当预制成型选用热压方式时，预制成型的步骤包括：将混合物于真空条件下、930-1000℃、30-50Mpa下热压不少于50min。
在本申请的实施例中，预制成型的步骤包括：将混合物于真空条件下、930-1000℃、30-50Mpa下热压50-150min。
进一步地，预制成型的步骤还包括：在热压之前，将混合物于10-30℃、5-15Mpa下预压不少于10min。
上述预制成型步骤可以使得石墨烯与铜粉之间具有一定的结合力，有利于避免熔炼过程中石墨烯漂浮。
S30，将混合物熔炼。
在本申请中，熔炼的步骤包括：将混合物于1170-1200℃下熔炼不少于10min。上述条件下，可以使得石墨烯和铜粉的混合物可以充分熔化，进而有利于提高后续真空连铸时形成柱状晶或单晶组织的质量。
作为示例性地，将混合物熔炼的温度可以为1170℃、1180℃、1190℃或者1200℃等等；将混合物熔炼的时间可以为10min、20min、30min、40min或者更久等等。
在本申请的实施例中，熔炼的步骤包括：将混合物于1170-1200℃下熔炼10-30min。
进一步地，熔炼的步骤还包括：在将混合物于1170-1200℃下熔炼不少于10min之前，将混合物于800-900℃下保温不少于10min；可以对混合物进行有效预热，使得混合物受热更加均匀，有利于后续混合物可以快速且充分地熔化，进而有利于提高后续真空连铸时形成柱状晶或单晶组织的质量。
作为示例性地，保温的温度可以为800℃、820℃、850℃、870℃或者900℃等等；保温的时间可以为10min、20min或者更久等等。
在本申请的实施例中，熔炼的步骤还包括：在将混合物于1170-1200℃下熔炼不少于10min之前，将混合物于800-900℃下保温10-30min。
在熔炼前，还需要对真空连铸炉进行清理炉膛，用压缩空气对真空连铸炉的炉腔自下而上进行吹扫，再使用无水乙醇浸泡过的毛巾对炉腔进行擦拭,然后再使用压缩空气对炉腔自下而上进行吹扫，确保炉腔内洁净无杂物。
S40，将混合物熔炼后于真空条件下连铸。
在本申请中，连铸的温度为1050-1250℃，连铸的速度≤15mm/min。上述连铸温度、连铸速度、石墨烯与铜粉的配比协同配合，可以使得石墨烯铜复合材料形成柱状晶或单晶组织，有利于提高铜材的导电性，具有一定的抗压强度也有利于提高铜材的延伸率。
作为示例性地，连铸的温度可以为1050℃、1100℃、1150℃、1200℃或者1250℃等等，连铸的速度可以为0.5mm/min、1mm/min、2mm/min、5mm/min、7mm/min、10mm/min、12mm/min或者15mm/min等等。
当连铸的温度为1050-1200℃且连铸的速度大于8mm/min且≤15mm/min时，可以使得石墨烯铜复合材料形成柱状晶组织，有利于提高铜材的导电性。
作为示例性地，形成柱状晶组织的连铸温度可以为1050℃、1100℃、1150℃、1170℃或者1200℃等等，形成柱状晶组织的连铸速度可以为8.2mm/min、8.5mm/min、10mm/min、12mm/min或者15mm/min等等。
当连铸的温度为1220-1250℃且连铸的速度为0.3-8mm/min时，可以使得石墨烯铜复合材料形成单晶组织，有利于提高铜材的导电性。
作为示例性地，形成单晶组织的连铸温度可以为1220℃、1230℃、1235℃或者1250℃等等，形成单晶组织的连铸速度可以为0.3mm/min、0.5mm/min、1.0mm/min、1.5mm/min、2mm/min、5mm/min或者8mm/min等等。
进一步地，连铸的真空度为10-3-10-2Pa，有利于进一步提高石墨烯铜复合材料形成的柱状晶或单晶组织的质量，进而进一步提高铜材的导电性。
本申请还提供一种石墨烯铜复合材料，采用如上述提供的制备方法制得。
本申请提供的石墨烯铜复合材料，相比传统铜材，具有优异导电性(大于99％IACS)，且延伸率(大于50％)更高；且抗拉强度大于250Mpa。
实施例1
本实施例提供一种石墨烯铜复合材料，其采用如下步骤制备：
(1)采用搅拌叶片将石墨烯和电解铜粉搅拌10min，得到混合物；其中，石墨烯占混合物的质量百分数为0.1％，石墨烯的层数≤10层，铜粉的D50粒径为130μm。
(2)将混合物放入热压模具中，将热压模具放入热压炉内，关闭炉门。先将混合物于20℃、10Mpa下预压10min，然后将炉内抽真空至1*10-2Pa，将混合物于950℃、40Mpa下热压120min。炉内冷却后打开炉门，得到铜石墨烯复合块体。
(3)对真空连铸炉进行清理炉膛，用压缩空气对真空连铸炉的炉腔自下而上进行吹扫，再使用无水乙醇浸泡过的毛巾对炉腔进行擦拭,然后再使用压缩空气对炉腔自下而上进行吹扫，确保炉腔内洁净无杂物。将步骤(2)制得的铜石墨烯复合块体放入真空连铸炉的坩埚中，使用真空硅脂擦拭炉盖密封圈边缘，关闭炉盖。
(4)开启机械泵，抽真空至1Pa；开启扩散泵，抽真空至5×10-3Pa。先将炉内温度加热至800℃保温10min，然后升温至1200℃熔炼30min。
(5)于1240℃下保温10min，待液面完全平稳后，开启牵引系统进行真空连铸，真空连铸的速度为1mm/min，得到石墨烯铜复合材料。
实施例2
本实施例提供一种石墨烯铜复合材料，本实施例与实施例1的制备步骤大体一致，主要区别在于：本实施例中，石墨烯占混合物的质量百分数为0.75％。步骤(5)为：于1200℃下保温10min，待液面完全平稳后，开启牵引系统进行真空连铸，真空连铸的速度为1mm/min，得到石墨烯铜复合材料。
实施例3
本实施例提供一种石墨烯铜复合材料，本实施例与实施例1的制备步骤大体一致，主要区别在于：本实施例中，石墨烯占混合物的质量百分数为0.15％。步骤(5)为：于1080℃下保温10min，待液面完全平稳后，开启牵引系统进行真空连铸，真空连铸的速度为10mm/min，得到石墨烯铜复合材料。
实施例4
本实施例提供一种石墨烯铜复合材料，本实施例与实施例1的制备步骤大体一致，主要区别在于：本实施例中，真空连铸的速度为0.3mm/min。
实施例5
本实施例提供一种石墨烯铜复合材料，本实施例与实施例1的制备步骤大体一致，主要区别在于：本实施例中，真空连铸的速度为8mm/min。
实施例6
本实施例提供一种石墨烯铜复合材料，本实施例与实施例3的制备步骤大体一致，主要区别在于：本实施例中，真空连铸的速度为9mm/min。
实施例7
本对比例提供一种石墨烯铜复合材料，本对比例与实施例1的制备步骤大体一致，主要区别在于：本实施例中，步骤(5)为：于1240℃下保温10min，待液面完全平稳后，开启牵引系统进行真空连铸，真空连铸的速度为15mm/min，得到石墨烯铜复合材料。
实施例8
本实施例提供一种石墨烯铜复合材料，本实施例与实施例1的制备步骤大体一致，主要区别在于：本实施例中，石墨烯占混合物的质量百分数为1％。
实施例9
本实施例提供一种石墨烯铜复合材料，本实施例与实施例1的制备步骤大体一致，主要区别在于：本实施例中，石墨烯占混合物的质量百分数为2％。
实施例10
本实施例提供一种石墨烯铜复合材料，本实施例与实施例1的制备步骤大体一致，主要区别在于：本实施例中，石墨烯的层数为13-15层，铜粉的D50粒径为200μm。
实施例11
本实施例提供一种石墨烯铜复合材料，本实施例与实施例1的制备步骤大体一致，主要区别在于：本实施例中，石墨烯和电解铜粉采用球磨混合得到混合物，其中，球磨混合的转速为20rpm，球磨混合的时间为10min。
实施例12
本实施例提供一种石墨烯铜复合材料，本实施例与实施例1的制备步骤大体一致，主要区别在于：本实施例中，步骤(2)如下：
将混合物放入烧结模具中，将烧结模具放入SPS烧结炉内，关闭炉门。先将混合物于20℃、10Mpa下预压10min，然后将炉内抽真空至1*10-2Pa，将混合物于950℃、40Mpa下加压烧结120min。炉内冷却后打开炉门，得到铜石墨烯复合块体。
实施例13
本实施例提供一种石墨烯铜复合材料，本实施例与实施例1的制备步骤大体一致，主要区别在于：本实施例中，步骤(4)如下：开启机械泵，抽真空至1Pa；开启扩散泵，抽真空至5×10-3Pa，直接升温至1200℃熔炼30min。
对比例1
本对比例提供一种石墨烯铜复合材料，本对比例与实施例1的制备步骤大体一致，主要区别在于：本实施例中，步骤(5)为：于1080℃下保温10min，待液面完全平稳后，开启牵引系统进行真空连铸，真空连铸的速度为15mm/min，得到石墨烯铜复合材料。
对比例2
本对比例提供一种石墨烯铜复合材料，本对比例与实施例1的制备步骤大体一致，主要区别在于：本实施例中，石墨烯占混合物的质量百分数为5％。
对比例3
本对比例提供一种石墨烯铜复合材料，本对比例与实施例3的制备步骤大体一致，主要区别在于：本实施例中，石墨烯占混合物的质量百分数为5％。
实验例1
对实施例1-3以及对比例1制得的石墨烯铜复合材料进行组织表征，表征结果如图2-5所示。
从图2至图3可以看出，实施例1-2制得的石墨烯铜复合材料表面光滑无缺陷，制得的铜材为单晶组织。
从图4可以看出，实施例3制得的石墨烯铜复合材料表面光滑无缺陷，制得的铜材为柱状晶组织。
从图5可以看出，对比例1制得的石墨烯铜复合材料为等轴晶组织。可见，在本申请限定的真空连铸条件外，无法制得组织为单晶或柱状晶的铜材。
实验例2
采用拉曼光谱仪对实施例1和实施例10步骤(1)得到的混合物进行表征，微观组织图分别如图6和图7所示。
从图6和图7可以看出，实施例1步骤(1)得到的混合物石墨烯均匀分散，而实施例10步骤(1)得到的混合物石墨烯发生团聚，表明石墨烯的层数≤10层且铜粉的粒径≤150μm，有利于有效避免石墨烯和铜粉混合时石墨烯发生团聚。
实验例3
对实施例1和实施例11步骤(1)得到的混合物进行SEM表征，表征结果如图8-9所示。
从图8-9可以看出，实施例1步骤(1)得到的混合物中铜粉问为球形，而实施例11步骤(1)得到的混合物中铜粉为压扁状，表明相对于球磨混合的方式，采用搅拌叶的机械搅拌混合的方式，在石墨烯和铜粉混合的过程中，有利于避免铜粉被压扁结团。
实验例4
对实施例1-13和对比例1-3制得的石墨烯铜复合材料进行导电性能、力学性能以及材料组织进行测试，测试结果如表1所示。
表1
从表1可以看出，实施例1-13制得的石墨烯铜复合材料的导电性均高于对比例1-3制得的石墨烯铜复合材料的导电性和延伸率，表明若连铸的速度过大或者石墨烯的含量过高，会使得石墨烯铜复合材料无法形成单晶或柱状晶结构，进而导致制得的石墨烯铜复合材料的导电性和延伸性能较差。
且实施例1-13的抗拉强度均大于250MPa，表明采用本申请的方法也可以制备出具有一。定机械强度的石墨烯铜复合材料。且通过实施例1-13的对比可以看出，石墨烯铜复合材料为单晶时的导电性要优于石墨烯铜复合材料为柱状晶时的导电性。
进一步地，通过实施例1、实施例8和实施例9的对比可知，相比于实施例1中石墨烯占混合物的质量分数为0.1％，实施例8中石墨烯占混合物的质量分数为1％有利于进一步提高制得的石墨烯铜复合材料的导电性，而实施例9石墨烯占混合物的质量分数为2％(即石墨烯占比较大)时，会导致石墨烯铜复合材料的导电性略微降低。
通过实施例10和实施例1的对比可知，相比于实施例10的石墨烯的层数为13-15层且铜粉的D50粒径为200μm，实施例1的石墨烯的层数≤10层且铜粉的D50粒径为130μm更有利于石墨烯发生团聚，进而进一步提高石墨烯铜复合材料的导电性。
通过实施例11和实施例1的对比可知，相比于实施例11采用球磨混合铜粉和石墨烯的方式，实施例1的采用的机械搅拌混合铜粉和石墨烯的方式有利于铜粉形成压扁状，进而进一步提高石墨烯铜复合材料的导电性。
通过实施例12和实施例1的对比可知，实施例1采用的热压成型的方式和实施例12采用的放电等离子烧结(SPS)成型的方式制使得石墨烯和铜粉的混合物预制成型，均可以实现制得具有高导电性的石墨烯铜复合材料。
通过实施例13和实施例1的对比可知，相比于实施例13直接进行熔炼的方式，实施例1中先进行低温保温再进行熔炼的方式，有利于进一步提高石墨烯铜复合材料的导电性。综上，本申请采用石墨烯和铜粉的混合物，利用真空连铸技术制备石墨烯铜复合材料；石墨烯的引入可以作为铜粉中的异质成分，有利于促进铜材的形核结晶；且通过石墨烯的占比(石墨烯占混合物的质量百分数≤2％)、连铸温度(1050-1250℃)以及连铸速度(≤10mm/min)的协同配合，可以使得石墨烯铜复合材料形成柱状晶或单晶组织，有利于提高铜材的导电性，具有一定的抗压强度也有利于提高铜材的延伸率。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种石墨烯铜复合材料的制备方法，其特征在于，包括：将石墨烯和铜粉的混合物熔炼后于真空条件下连铸；
其中，所述石墨烯占所述混合物的质量百分数≤2％；所述连铸的温度为1050-1250℃，所述连铸的速度≤15mm/min。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述连铸的温度为1050-1200℃，所述连铸的速度大于8mm/min且≤15mm/min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述连铸的温度为1220-1250℃，所述连铸的速度为0.3-8mm/min。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述石墨烯占所述混合物的质量百分数为0.1-1％。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的步骤包括：将所述混合物于1170-1200℃下熔炼不少于10min；
可选地，所述熔炼的步骤包括：将所述混合物于1170-1200℃下熔炼10-30min。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的步骤还包括：在将所述混合物于1170-1200℃下熔炼不少于10min之前，将所述混合物于800-900℃下保温不少于10min；
可选地，所述熔炼的步骤还包括：在将所述混合物于1170-1200℃下熔炼不少于10min之前，将所述混合物于800-900℃下保温10-30min。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述混合物的制备方法包括：将所述石墨烯和所述铜粉搅拌混合；
其中，所述石墨烯的层数为1-10层，所述铜粉的粒径≤150μm。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：在将所述混合物熔炼之前，将所述混合物预制成型；
可选地，所述预制成型的步骤包括：将所述混合物于真空条件下、930-1000℃、30-50Mpa下热压不少于50min；
可选地，所述预制成型的步骤包括：将所述混合物于真空条件下、930-1000℃、30-50Mpa下热压50-150min；
可选地，所述预制成型的步骤还包括：在所述热压之前，将所述混合物于10-30℃、5-15Mpa下预压不少于10min。
9.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述连铸的真空度为10-3-10-2Pa。
10.一种石墨烯铜复合材料，其特征在于，所述石墨烯铜复合材料采用如权利要求1-9中任一项所述的制备方法制得。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211209967.1A CN115522091A (zh) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | 石墨烯铜复合材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211209967.1A CN115522091A (zh) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | 石墨烯铜复合材料及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115522091A true CN115522091A (zh) | 2022-12-27 |
Family
ID=84702577
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211209967.1A Pending CN115522091A (zh) | 2022-09-30 | 2022-09-30 | 石墨烯铜复合材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115522091A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116356192A (zh) * | 2023-04-10 | 2023-06-30 | 松山湖材料实验室 | 石墨烯复合金属材料及其制备方法和制备装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105695776A (zh) * | 2016-02-26 | 2016-06-22 | 济南大学 | 一种石墨烯增强铜基电触头材料的制备方法 |
| CN106077535A (zh) * | 2016-07-14 | 2016-11-09 | 深圳市烯世传奇科技有限公司 | 一种石墨烯改性单晶铜的方法 |
| CN107245590A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-10-13 | 上海电缆研究所有限公司 | 铜‑石墨烯复合材料及制备方法 |
-
2022
- 2022-09-30 CN CN202211209967.1A patent/CN115522091A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105695776A (zh) * | 2016-02-26 | 2016-06-22 | 济南大学 | 一种石墨烯增强铜基电触头材料的制备方法 |
| CN106077535A (zh) * | 2016-07-14 | 2016-11-09 | 深圳市烯世传奇科技有限公司 | 一种石墨烯改性单晶铜的方法 |
| CN107245590A (zh) * | 2017-06-14 | 2017-10-13 | 上海电缆研究所有限公司 | 铜‑石墨烯复合材料及制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116356192A (zh) * | 2023-04-10 | 2023-06-30 | 松山湖材料实验室 | 石墨烯复合金属材料及其制备方法和制备装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101429601B (zh) | 电气电力产业用碲铜合金材料及其制备方法 | |
| CN115522091A (zh) | 石墨烯铜复合材料及其制备方法 | |
| CN103572184B (zh) | 一种高强度铜银合金材料的制备方法 | |
| CN113481405B (zh) | 一种铜铁合金的制备方法 | |
| CN113880426A (zh) | 陶瓷连接用微晶玻璃钎料及其制备方法和陶瓷连接方法 | |
| CN113968742B (zh) | 一种高导热高稳定性的覆铜基板及其加工工艺 | |
| CN111945029B (zh) | 一种利用石墨烯增强铝基复合材料废料制备团簇型铝基复合材料的方法 | |
| CN112342416B (zh) | 一种提高铸造Al-Si合金低温力学性能的方法 | |
| CN112410597B (zh) | 一种纳米wc弥散强化铜的制备方法 | |
| CN113789457A (zh) | 一种固液法制备碳纳米管增强铝基复合材料的方法 | |
| CN113186416B (zh) | 一种SiC增强铜基复合材料及其制备方法 | |
| CN113005312A (zh) | 一种利用NaF-NaCl-KCl熔盐制备铝钪合金的方法 | |
| CN102010206A (zh) | 一种铝电解用硼化钛复合材料及其制备方法 | |
| CN109940161A (zh) | 一种微纳米级炭纤维增强的铁基复合材料及其制备方法 | |
| CN101110285A (zh) | 高导电率电子铜板生产工艺 | |
| CN113106301B (zh) | 一种铝钛硼碳晶粒细化剂的制备工艺及其制备的细化剂 | |
| CN115846672A (zh) | 一种用于引线框架的高强高导铜基复合材料的制备方法 | |
| CN111733344A (zh) | 铜基多元合金的加工方法 | |
| CN112126798A (zh) | 稀土镁合金固态回收再生方法 | |
| CN112387977A (zh) | 一种石墨烯/铝复合材料的制备方法 | |
| CN116121581B (zh) | 一种颗粒增强铝基复合中间合金、铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN114480934B (zh) | 一种高强高韧铝合金精薄板及其制备方法和应用 | |
| CN112725657B (zh) | 一种c70350镍硅青铜带材的制备方法 | |
| CN113913640B (zh) | 一种铜合金复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN113857400B (zh) | 用于tc18钛合金热模锻的涂层、保温复合材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20221227 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |