[发明专利]一种铜基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种铜基复合材料及其制备方法和应用，所述铜基复合材料含有多孔铜颗粒，所述多孔铜颗粒的孔隙中填充有纳米金刚石。本发明的铜基复合材料可在低用量下有效提高高分子材料的散热性能，并使高分子材料保持优异的绝缘性能，对高分子材料的力学性能具有一定的改善作用；同时所述铜基复合材料与高分子材料具有良好的相容性，不容易出现团聚、分层等现象。

技术领域

本发明涉及线缆材料技术领域，尤其涉及一种铜基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

线缆是生活生产中的控制安装、连接设备、输送电力的重要载体，是日常生活中常见的而不可缺少的装置。线缆的导体材料外面一般设置有不同的包覆层，用于提高线缆的耐候性、耐腐蚀性、耐磨性、阻燃性等。线缆的包覆层中包括热塑性弹性体材料、橡胶等高分子材料制成的护套层或绝缘层。线缆在电力传输过程中，其内部的导体材料由于电阻的存在会产生热量，从而导致导体材料温度升高，而导体材料的电阻又会随着温度的升高而增大，最终会导致较高的电能损耗。同时，线缆内部积累过多热量也可能导致自燃，出现火灾风险。因此，及时地将导体材料的产生的热量散发出去，降低导体材料温度，对于减少电能损耗，提高线缆安全性具有重要意义。

不过，用于制作导体材料外部的护套层或绝缘层的高分子材料的耐热性、散热性均存在一定的局限，阻碍了线缆内部热量的散失，而且容易受到导体材料温度升高的影响而加速老化。为了提高线缆的散热性能，相关技术在主要通过加入导热填料，如碳纳米管、氮化铝、蒙脱土、碳化硅等，这些导热填料在高用量情况下才能取得较好的散热效果，同时可能会影响线缆护套层或绝缘层机械性能，不能满足护套的使用工艺要求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种铜基复合材料，通过将具有良好导热性能的金刚石与铜进行复合，具有良好的散热性能。

同时，本发明还提供所述铜基复合材料的制备方法及其应用。

具体地，本发明采取的技术方案如下：

根据本发明的第一方面，提供了一种铜基复合材料，含有多孔铜颗粒，所述多孔铜颗粒的孔隙中填充有纳米金刚石。

根据本发明第一方面的铜基复合材料，至少具有如下有益效果：

金刚石具有优异的导热性能，在所有己知材料中具有最高热导率，常温下其热导率可达2000W/(m.K)，不过金刚石表面的化学惰性较强，与各种高分子材料的润湿性、相容性较差，难以形成均匀的材料，且对金刚石的表面进行改性的难度较大，因此难以将其应用于制备各种高分子复合材料。本发明通过将金刚石填充在多孔铜颗粒的孔隙中，铜具有较好的导热性能，可使得铜基复合材料能够保持良好的散热性能；同时铜与金刚石的热膨胀系数差距较小，二者复合后，在高温情况依然具有良好的稳定性；另外铜相对更容易进行表面修饰改性，与高分子材料发生作用，可使铜基复合材料能够应用于多种高分子复合材料的制备。

在本发明的一些实施方式中，所述纳米金刚石的粒径为2nm～300nm。

在本发明的一些实施方式中，所述多孔铜颗粒的粒径为500nm～1μm。

在本发明的一些实施方式中，所述多孔铜颗粒中的孔隙分布在200nm～300nm之间。

在本发明的一些实施方式中，所述多孔铜颗粒与纳米金刚石的质量比为1：(0.05～0.5)。

根据本发明的第二方面，提供一种铜基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将铜盐、还原剂和造孔剂混合制成前驱体溶液，反应得到铜颗粒；

(2)在保护气氛下对所述铜颗粒进行煅烧，得到多孔铜颗粒；

(3)将所述多孔铜颗粒浸渍于纳米金刚石分散液中，得到铜基复合材料。