[发明专利]一种稀土元素改善铜—石墨烯界面的制备方法

说明书

本发明涉及一种稀土元素改善界面的铜‑石墨烯复合材料，采用铜粉作为铜‑石墨烯复合材料的母材，所采用的石墨烯是通过碳源在铜表面上原位生长出的，在铜‑石墨烯界面间加入稀土元素进行修饰，经修饰后的界面在保证原有延伸率的前提下，结合强度能够提高10％～30％。本发明同时给出其制备方法。

技术领域

本发明涉及一种新型稀土元素改善铜—石墨烯界面的制备方法，属于军工、航空航天、汽车制造、电子电器等技术领域。

背景技术

在航空航天、汽车制造等领域需要高强度、高硬度、高抗扭曲的材料，其中铜基复合材料由于良好的加工性能近几年有着广泛的应用，成为21世纪极具发展前景的复合材料。而传统的增强相纤维、颗粒等虽然可以提高其强度，但是会降低其导电导热性，因此寻找新的增强相是现在急需解决的问题。随着石墨烯的首次发现，引起了广泛关注，是现在世界上强度最高的材料。而且大量文献报道称它的加入，不仅可以大幅度提高铜的强度，而且保证了铜的导电导热性，是铜基复合材料的理想增强相。

在实际工业应用中，铜、石墨烯之间结合强度的实际测试值远低于其理论应达到的值，两者之间呈弱的界面结合，造成这种现象的原因是石墨烯大的比表面积倾向于彼此团聚来降低其表面能，从而阻止了石墨烯在铜基中的均匀分散。另一方面铜、石墨烯差的界面润湿性也大幅度降低了其界面结合强度。目前有两种办法来解决此类问题，一是通过改善石墨烯在铜表面的均匀分散，二是调控铜、石墨烯界面，通过界面改性提高其强度。目前国内外的研究基本集中在针对第一种如何提高石墨烯在铜表面的均匀分散上，常用有粉末冶金法(如高能球磨、放电等离子烧结等)、电化学沉积法、负载金属纳米颗粒三种，有关从界面调控方向入手来提高其界面结合强度的研究较少，且仅仅集中在B、N掺杂工艺来调控其界面结合强度，很少有新型元素的研究。

是否能够找到一种新型元素调控界面的方法，这个问题的解决能够使稀土元素对于金属及复合材料的研究提供新的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜—石墨烯界面的改善方法，采用浸渍还原将铜粉、稀土元素粉末混合均匀，通过粉末冶金的方法经过球磨，原位合成，热压工艺制备稀土元素增强铜基复合材料，能够有效克服电化学沉积法中增强相混合不均匀的缺点。本方法不仅可以提高铜-石墨烯界面润湿性，使其具有高结合强度，而且复合材料延伸率得到保障，具有很好的工业应用前景。本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：

一种稀土元素改善界面的铜-石墨烯复合材料，采用铜粉作为铜-石墨烯复合材料的母材，所采用的石墨烯是通过碳源在铜表面上原位生长出的，在铜-石墨烯界面间加入稀土元素进行修饰，经修饰后的界面在保证原有延伸率的前提下，结合强度能够提高10％～30％。

所述的铜粉颗粒直径在500nm～100μm。

所述的铜表面加入碳源粒径在2～300μm，经过球磨工艺使其均匀负载。

通过浸渍还原方法，实现铜表面成功掺入稀土材料。

采用原位生长得到的石墨烯，石墨烯层数控制在5层～20层。

改善铜—石墨烯界面的制备上述铜-石墨烯复合材料的方法，包括下列步骤：

1)按照质量比(0.1-0.6)：20:3称取稀土元素材料、铜和硝酸铜，加入无水乙醇和水，在60-90℃水浴锅中使其均匀分散；

2)将1)步得到已均匀分散的混合物在450-950℃还原气体气氛下进行浸渍还原；

3)经过还原后的混合物，加入碳源聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，在惰性气氛下球磨，得到球磨后的混合物，球磨参数：球料比5:1～15:1，转速200-500r/min，球磨时间：1-4h；

4)球磨后的混合物，经600-1000℃氢气气氛下进行化学气相沉积(CVD)生长石墨烯，得到了含铜、稀土元素氧化物和石墨烯的混合粉末；