[发明专利]增强型铜基复合线材的制备方法

说明书

本发明涉及一种增强型铜基复合线材的制备方法，包括步骤：采用常压化学气相沉积方法，在铜或铜合金粉末上生长石墨烯；将该铜或铜合金粉末室温压实成挤压坯；对挤压坯进行热挤压，成挤压棒坯；将挤压棒坯进行室温拉拔，获得拉拔线材；采用常压化学气相沉积方法在拉拔线材表面生长石墨烯；将表面生长石墨烯的拉拔线材切断集束，并对其重复进行热挤压过程和室温拉拔步骤零到多次；对重复处理完毕的集束线材进行快速再结晶和连续退火，制成增强型铜基复合线材。本发明制备的增强型铜基复合线材缺陷率低，能形成界面结合良好的石墨烯增强和微纳铜线互穿结构，达成石墨烯‑铜复合材料高强高导的目标。

技术领域

本发明涉及金属复合材料制备技术领域，特别涉及一种增强型铜基复合线材的制备方法。

背景技术

采用传统技术手段制备的铜及铜合金材料无法兼具高强度和高导电率，例如目前Cu-Ag合金导电率为97％IACS，但抗拉强度仅有350MPa；Cu-Cr-Zr合金具有较高的强度(大于500MPa)，但导电率仅为70％IACS。开发导电率超过70％IACS、强度大于500MPa的高性能铜材对于节能减排、设备器件的小型化等具有重要意义。

通过材料复合提高铜及铜合金强度和导电率的常用方法通常使用颗粒增强方法来提高铜的强度，其具体方法是将所需增强颗粒分布在铜基体中，由于增强颗粒分布在铜晶界处，可以起到钉扎位错的作用，同时可以储存更多的位错能，使得位错大量堆积在颗粒附近，需要更大的应力才可以实现运动过程，这种阻碍作用使得基体的强度、耐磨性等综合性能得到提高。同时，由于颗粒只占基体极小的体积分数，不会大幅度影响铜基体原有的物理化学性能，因此可以保持大部分的导电性能。

常见的颗粒增强相包括陶瓷、玻璃、金刚石、石墨等，然而由于这些增强相本身导电性能较差，在提升铜强度的同时会致使材料的电导率呈现不同程度的下降。目前，石墨烯/铜复合材料得到了越来越多的关注，石墨烯(Graphene)拥有优异的力学性能和超高导电性能，其理论强度高达130GPa，单层石墨烯具有高于铜4-5个数量级的载流子迁移率，与石墨烯接触的铜可以对石墨烯进行有效的电子掺杂，因此，石墨烯是最有潜力的铜基复合材料增强体，最有可能实现对铜基体强度和导电性的协同增强。

有研究者利用氧化石墨烯还原的方法，制备石墨烯铜复合物，但性能并不理想，该氧化还原法所制备的石墨烯含有大量缺陷，质量还有待提高，在进一步的性质研究和功能开发中严重受限。此外，由于石墨烯比表面积大，与金属表面浸润性不佳，机械混合过程中石墨烯经常发生团聚。

发明内容

本发明的目的是为解决以上问题，本发明提供一种增强型铜基复合线材的制备方法。

根据本发明的一个方面，提供一种增强型铜基复合线材的制备方法，包括以下步骤：a.采用常压化学气相沉积方法，使用气态或液态碳源在铜或铜合金粉末上生长同序堆积或交错堆积的石墨烯；b.将生长有石墨烯的铜或铜合金粉末室温压实成挤压坯；c.对挤压坯进行热挤压，获得挤压棒坯；d.将挤压棒坯进行室温拉拔，获得拉拔线材；e.重复步骤a的常压化学气相沉积方法在拉拔线材表面生长石墨烯；f.将表面生长石墨烯的拉拔线材切断并包套集束；g.对集束后的线材重复e步骤和f步骤0次至多次；h.对重复处理后的集束线材进行快速再结晶和连续退火，制成增强型铜基复合线材。

其中，步骤a中，常压化学沉积方法包括：将铜或铜合金粉末送入化学气相沉积炉内，封闭炉管；抽出炉内残留空气后通入定量的氢气和氩气；在室温下开始匀速升温至生长温度，恒温一段时间，然后通入碳源进行保温生长，生长结束后关闭碳源并将温度降至室温，完成沉积。