[发明专利]一种层状铜基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开一种层状铜基复合材料的制备方法，将CNM分散液加入铜盐溶液中，配置成喷雾热解前驱液；将前驱液进行雾化，雾化产生的小液滴进行热分解反应，收集得到复合粉末进行还原，得到CNM‑Cu复合粉末母料，将CNM‑Cu复合粉末母料与纯铜粉或者铜合金粉末进行球磨混合得到混合粉末，把CNM‑Cu复合粉末母料、混合粉末、纯铜或者铜合金粉末铺层到模具中，进行烧结，制备得到层状的Cu基复合材料；该方法具有制备复合材料界面结合强度高、组元成分灵活调控、层状厚度可以简单设计和优化等特点，同时每层中的组元分散均匀、碳质材料比例高低可控。

技术领域

本发明公开了一种层状铜基复合材料的制备方法，属于复合材料及粉末冶金领域。

背景技术

铜是金属中被人类利用的先行者，传统的铜及铜合金拥有较好的导热和导电性能，价格优惠且制作简便，在现代机械，交通与电子通讯等行业有着广泛的应用。但是单一的Cu或者Cu合金已经无法满足当今社会对于它们强度、塑形以及导电导热等综合性能的要求，以及在高温下的热稳定性和可靠性的要求。因此人们引入第二相粒子（如颗粒或者纤维）和Cu或者Cu合金复合制备复合材料。碳纳米材料（CNM）具有优秀的力学和物理性能，是一种较为理想的增强体，以CNM做为增强体的C/Cu 复合材料在实际工业中具有非常重要的应用。

专利一种层状碳纳米管增强铜基复合材料的制备方法（CN201811562858.1）中提到了一种通过配置电镀溶液，然后将铜板作为阳极，钛板作为阴极置于电镀槽中，接入电源并通入电流进行电镀；电镀过程中对电镀液进行持续搅拌，并通过改变电流密度调控薄膜中的碳纳米管含量；电镀一定时间后将钛板取出进行真空干燥，随后将复合薄膜从钛板上取下；将取下的复合薄膜进行裁剪，并将裁剪好的薄膜进行叠加后放置在液压机中进行预压；预压结束后通过烧结工艺将所得的复合薄膜制备成块体复合材料获得层状碳纳米管增强铜基复合材料，可见这种方法具有流程长，效率低，电镀工艺对环境不利，而且制备后复合材料层与层之间的冶金结合弱等缺点。专利铜基石墨烯复合材料的制备方法和铜基石墨烯复合材料（CN201810078142.8）中采用电化学抛光工艺对原始板状铜基底进行预处理，得到预处理后的铜基底，其中，上述原始板状铜基底的厚度为5μm～25μm；采用化学气相沉积工艺在预处理后的铜基底的上下表面生长石墨烯，得到石墨烯包覆铜基底；对至少一片石墨烯包覆铜基底进行热压烧结处理，得到铜基石墨烯复合材料，上述铜基石墨烯复合材料为由石墨烯和铜基底交替复合形成的层状复合材料，铜基底在所述铜基石墨烯复合材料的厚度方向上呈单晶态，且呈(111)晶面择优取向。这种方法不仅成本高，方法难之外，很难实现批量化制备与生产。

发明内容

本发明采用“喷雾热解+逐层叠加+压力烧结”系列方法制备一种层状铜基复合材料，先以喷雾热解技术在碳纳米材料（CNM）表面生成Cu纳米颗粒，提高碳纳米材料（CNM）的分散性及结合性，得到母料；再根据层状复合材料的特性和要求对其进行成分、组织结构设计和优化；最后以压力烧结的方法将粉末和压坯致密化；拓宽了层状Cu基复合材料的制备方法以及应用领域。

一种层状铜基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将铜盐加入装有去离子水的容器中搅拌成铜盐溶液，然后将碳纳米材料（CNM）分散液加入铜盐溶液中，配置成喷雾热解前驱液；将所得前驱液通过雾化器进行雾化，雾化产生的小液滴通入预热好的管式炉中进行热分解反应，收集得到粉末进行还原，得到CNM-Cu复合粉末母料；

（2）将步骤（1）的CNM-Cu复合粉末母料与纯铜粉或者铜合金粉进行球磨混合得到混合粉末；

（3）把步骤（1）的CNM-Cu复合粉末母料、步骤（2）的混合粉末、纯铜或者铜合金粉末铺层到模具中；

（4）步骤（3）模具进行烧结，制备得到层状的Cu基复合材料。

优选的，步骤（1）碳纳米材料（CNM）为包括石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、碳纳米管或碳量子点。