[发明专利]一种高导热性能的石墨烯增强铜基复合材料的制备方法

说明书

一种高导热性能的石墨烯增强铜基复合材料的制备方法，它涉及一种高导热性能的石墨烯增强铜基复合材料的制备方法。本发明是要解决目前石墨烯增强铜基复合材料在混合分散过程中，易产生石墨烯缺陷而导致的复合材料导热性能降低的问题。方法：一、称取质量分数为0.1％～5％多层石墨烯纳米片和95％～99.9％粒径尺寸1‑15μm的铜金属粉末；二、将铜金属粉末、石墨烯、引入碳源等混合球磨；三、等离子烧结碳源分解修复石墨烯制备石墨烯增强铜基复合材料；四、在一定变形温度、变形速率及变形量条件下对上述制得的石墨烯铜基复合材料塑性变形。本发明用于高散热需求的电子封装领域。

技术领域

本发明涉及一种高导热性能的石墨烯增强铜基复合材料的制备方法。

背景技术

铜是呈紫红色光泽的金属，其熔点较低仅为1083.4℃，同时在金属中还具有较高的热导率401W/mK和较低的电阻率1.75×10^-8Ωm，具有良好的导热和导电性能，是人类开发较早并应用广泛的金属之一，主要存在于海洋和地壳中，含量约为0.01％。然而随着电子封装、航空航天等行业的快速发展，传统的金属功能材料己经难以满足现代工业技术的高标性能要求。目前工业领域中生产制备的集成电路、电子封装材料等，不仅要求其具备优异的导热性能，同时还需要拥有良好的机械力学性能，因此研发高导热的材料就成为目前工业领域的迫切需求。

石墨烯具有高达125GPa的抗拉强度、1TPa的弹性模量和5000W/(mK)的热导率，是一种综合性能优越的、近乎理想的增强体。目前采用石墨烯(包括少层石墨烯、氧化石墨烯和还原氧化石墨烯)来改善树脂和陶瓷的性能的研究最为活跃，而利用石墨烯增强铜基复合材料的研究相对较少。制备的工艺方法主要是固相法(各种粉末冶金技术，搅拌摩擦焊以及最新的放电等离子烧结(SPS)等)和液相法(压力浸渗法)。

现有文献中公开了通过球磨工艺将石墨烯与铜粉混合均匀以此制备石墨烯增强铜的复合材料，球磨工艺虽然能够将石墨烯与铜粉混合均匀，但球磨过程中会使石墨烯产生大量缺陷，导致制备的复合材料导热性能急剧下降，只能达到纯铜的65-75％左右，无法达到应用要求。

发明内容

本发明是要解决目前石墨烯增强铜基复合材料在混合分散过程中，易产生石墨烯缺陷而导致的复合材料导热性能降低的问题，而提供一种高导热性能的石墨烯增强铜基复合材料的制备方法。

本发明一种高导热性能的石墨烯增强铜基复合材料的制备方法是按以下步骤进行：

一、原料称取：按质量分数称取0.1％～5％多层石墨烯纳米片和95％～99.9％的铜金属粉末作为原料；所述铜金属粉末的粒径尺寸为1～15μm；

二、球磨混合：将原料和助磨碳源装入球磨罐中，球磨罐中球料比为(2～20):1，以100～400rpm的转速球磨2～15h，得到混合物料；所述原料与助磨碳源的质量比为1:(0.05～0.5)；所述助磨碳源为聚乙二醇、蔗糖或葡萄糖；

三、预压与等离子烧结制备复合材料：将混合物料装入石墨模具中，置于压力机台面上，以加压速度为0.1～30mm/min预压至2～50MPa，在压力为2～50MPa的条件下保压3～20min没得到预压后的混合体；将预压后的混合体带模具转移至等离子烧结加热炉中，在保护气氛下，在10～60min内加热至800℃～1100℃，在温度为800℃～1100℃的条件下保温2～30min；随炉冷却至室温后脱模，得到石墨烯增强铜基复合材料；

四、塑性变形：将石墨烯增强铜基复合材料在400～900℃的轧制温度下，沿着xyz不同方向，以1％～20％的不同压下量，轧制成厚度为0.8mm的薄板。

本发明的有益效果是：

本发明利用预置石墨烯后原位修复石墨烯，利用等离子烧结法制备复合材料，对制备的复合材料进行塑性变形及热处理，处理后的复合材料具有更高的导热性能。