[发明专利]一种石墨烯-铜铬锆合金及其制备方法

说明书

本发明属于碳纳米材料的制备和金属基复合材料制备的技术领域，具体涉及一种石墨烯‑铜铬锆合金及其制备方法，按质量百分数计，所述石墨烯‑铜铬锆合金中包括：Cr 0.6％～1.5％，Zr 0.07％～0.1％，石墨烯0.25％～1％，其余为铜；本发明通过添加合金元素来增强石墨烯铜基复合材料的界面结合能力，从而提高复合材料的机械性能，并且具有较高的导电率。

技术领域

本发明属于碳纳米材料的制备和金属基复合材料制备的技术领域，具体涉及一种石墨烯-铜铬锆合金及其制备方法。

背景技术

随着航天和电子等工业的迅猛发展，对材料的综合性能提出了更高的要求，单质材料已经很难满足实际需要，材料向复合化方向发展已经成为必然趋势。铜基复合材料已成为金属基复合材料领域的研究热点之一，在保证优良导电、导热、耐蚀性能的同时，要求铜基复合材料具有更高的强度。其中，石墨烯为单原子厚度的二维结构碳纳米材料，具有优异的性能，从自身性能优势和工业化应用两个角度来看，石墨烯增强铜基复合材料具有广阔的应用前景。

目前，在石墨烯增强金属基复合材料的研究方面取得了一定进展。比如：昆明理工大学研究了在纯铜中加入0.5％的石墨烯，复合材料拉伸屈服强度为235MPa，导电率为66.5％IACS。另外，也有学者以多层石墨烯作为增强相制备了抗拉强度为320MPa，导电率为81％IACS的石墨烯/铜基复合材料。总体来说，虽然加入石墨烯后强度有所增加，但导电率都相对下降。同时，在利用或制备金属基复合材料过程会遇到碳纤维与铜基体的湿润性差，两者界面结合不理想，导致复合材料的机械性能较差。因此，研制高强度高导电，开发低成本的铜合金复合材料显得尤为重要。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种石墨烯-铜铬锆合金及其制备方法，本发明通过添加合金元素来增强石墨烯铜基复合材料的界面结合能力，从而提高复合材料的机械性能，并且具有较高的导电率。

本发明技术方案如下：

一种石墨烯-铜铬锆合金，按质量百分数计，所述石墨烯-铜铬锆合金中包括：

Cr0.6％～1.5％，Zr 0.07％～0.1％，石墨烯0.25％～1％，其余为铜。

一种石墨烯-铜铬锆合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)将铜粉、铬粉和锆粉混合均匀并进行球磨，得到混合物A，混合物A中物料的粒径为20～50μm；

(2)将混合物A与石墨烯混合，得到混合物B，将混合物B加入到液体工作介质中，得到混合物C，对混合物C通过超声震荡，形成均匀分散的混合物浆料；

(3)对步骤(2)得到的混合物浆料再进行球磨，使混合物浆料中物料的粒径达到15～30μm；然后将球磨后的混合物浆料在进行真空干燥处理，得到干燥的复合粉末；

(4)将步骤(3)得到的复合粉末进行等离子放电烧结，得到所述石墨烯-铜铬锆合金；等离子放电烧结时，真空度为10^-1-10^-4MPa，烧结压力为30MPa～40MPa，烧结温度为700℃～900℃。

步骤(1)和步骤(3)中，为防止团聚，球磨过程中加入硬脂酸作过程控制剂，以质量百分数计，步骤(1)中，硬脂酸的含量为铜粉、铬粉和锆粉总质量的0.5％～1％；步骤(3)中，硬脂酸的含量为混合物浆料总质量的0.5％～1％。

步骤(1)中，将铜粉、铬粉和锆粉在行星球磨机上球磨，使铜粉、铬粉和锆粉混合均匀；行星球磨机的转速为200～300r/min，球磨时球料比为3:1，球磨时间为6h～8h，球磨时抽真空并通入氩气。

步骤(2)中，液体工作介质采用乙醇、异丙醇或1,3丁二醇。

步骤(2)中，超声震荡的频率为10kHz～20kHz，对混合物C通过超声震荡时间为2h～4h。