[发明专利]一种石墨烯/碳化硅增强铜基复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯/碳化硅增强铜基复合材料及其制备方法，涉及铜基复合材料技术领域，该石墨烯/碳化硅增强铜基复合材料含有以下重量百分比的组份：石墨烯0.3‑0.8wt％、SiC：0.2‑0.6wt％、Ni：0.02‑0.2wt％、余量为铜；制备方法包括以下步骤：(1)混合；(2)石墨烯超声分散，加入混合粉料和硬脂酸，超声分散，混合搅拌；(3)球磨；(4)干燥；去除硬酯酸；(5)预压成形，装入石墨模具中；(6)真空热压：热压温度为840‑860℃，热压压力为40‑50MPa，热压时间为100‑130min；(7)热轧；升温至360‑400℃，保温后降温至160‑180℃后，空冷。本发明原料选择及配比合理，结合优化的制备工艺，使制备得到的复合材料导电性能好，强度高，硬度高，韧性好，并具有优异的耐磨性。

技术领域

本发明涉及铜基复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯/碳化硅增强铜基复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种只有单原子层厚度的二维材料，由碳原子通过sp²杂化轨道结合而成，在2004年由英国曼彻斯特大学物理学家在实验中应用机械应用技术首次成功分离，被认为是组成其他所有维数石墨材料(包裹成富勒烯、卷制成碳纳米管、堆集成石墨)的基本模块。石墨烯厚度仅为0.35nm，是世界上最薄的二维材料。同时，稳定的正六边形晶格结构让其拥有许多独特的性能，例如：载流子迁移率达15000-25000cm²/(V·s)，超过商用硅片的10倍；热导率达5000W/(m·K)，是金刚石的3倍；拉伸强度达到130GPa左右，是目前已知材料中最高的；具有室温量子霍尔效应。石墨烯由于具有比表面积大、成本低等优点，因此非常适用于高性能复合材料的开发。

铜的导电、导热性较好，但其强度低，无法满足工业生产的需求，因此在铜中加入合适的增强体来提高其强度而又不降低其导电导热性，成为拟解决的关键问题。传统的碳纤维增强铜基复合材料虽具有高导电导热及耐磨性，但力学性能较差；而碳纳米管虽然具有比碳纤维更好的增强效果，但其制备比较困难；所以这两种复合材料的应用受到极大的限制。开发新型复合材料，改善铜基复合材料的综合性能，成为亟待解决的问题。近几年的研究表明，在铜基体中加入少量石墨烯，可显著提高复合材料的力学性能和导电性能，因此将石墨烯作为铜基复合材料的理想增强体，是最近几年的研究热点。

目前有关于石墨烯增强铜基复合材料的制备方法主要是粉末冶金法、水热法、化学沉积法和原位生长法等，但由于石墨烯比表面积大、容易团聚，从而时制备得到的石墨烯铜基复合材料的综合性能不高。

申请号为201610659237.X的中国专利公开了一种石墨烯/铜复合材料及其制备方法和应用，该石墨烯/铜复合材料含有以下重量百分比的组份：石墨烯1.2-3.6wt％、Sn0.5-1.0wt％、Ni 0.05-0.3wt％、余量为铜，制备石墨烯/铜复合材料的制备方法包括称量、粉体混悬液的制备、复合粉体的制备、冷压成型及热压烧结四大步骤，制备得到的复合材料性能较为优异，但是其在制备过程中，还需将氧化石墨烯还原为石墨烯在进行冷压成型及热压烧结，其实际工序较复杂，也使生产成本较高。同时，由该方法制备得到的石墨烯/铜复合材料其强度、韧性、耐磨性等仍提高有限，因此需要进一步进行优化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯/碳化硅增强铜基复合材料及其制备方法，原料选择及配比合理，结合优化的制备工艺，使制备得到的复合材料导电性能好，强度高，硬度高，韧性好，并具有优异的耐磨性。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种石墨烯/碳化硅增强铜基复合材料，含有以下重量百分比的组份：石墨烯0.3-0.8wt％、SiC：0.2-0.6wt％、Ni：0.02-0.2wt％、余量为铜。

优选地，所述石墨烯/碳化硅增强铜基复合材料含有以下重量百分比的组份：石墨烯0.45-0.7wt％、SiC：0.4-0.55wt％、Ni：0.05-0.12wt％、余量为铜。