[发明专利]一种纳米铜包覆石墨烯纳米片增强铜基复合粉末的制备方法

说明书

一种纳米铜包覆石墨烯纳米片增强铜基复合粉末的制备方法，涉及一种铜基复合粉末的制备方法。为了解决现有的石墨烯在铜基体中易团聚以及石墨烯‑铜复合粉末的制备方法存在均匀性差、效率低、结合强度低和易产生环境污染的问题。本发明引入了竖直平面磁控溅射技术，利用改进后的磁控溅射颗粒搅拌工件装置，在石墨烯纳米片粉末表面生长出铜，获得铜包覆石墨烯纳米片粉末，可实现石墨烯纳米片粉末几乎全部外表面的铜包覆，使用优化的低能球磨工艺，获得的铜包覆石墨烯纳米片粉末均匀分布于铜粉的复合粉末，有效避免了石墨烯团聚，具有优异的热电、机械、耐磨损、耐腐蚀性能。

技术领域

本发明涉及一种纳米铜包覆石墨烯纳米片增强铜基复合粉末的制备方法。

背景技术

各类金属、塑料、纤维、橡胶等材料的应用场景日益扩大，这些材料由于易产生静电，容易引起电磁干扰、电击穿甚至引发火灾等严重事故，为防止静电产生，导电粉末常被添加到各种材料中使其被赋予导电性能。复合导电粉体广泛应用于电子、通讯、化工、船舶、军工、航空航天等领域中，纯铜粉末具有优异的导电性和导热性，但其硬度和耐磨性较差，容易在电、化学、大气等复杂服役环境下发生严重磨损和腐蚀，致使其形成的导电涂层容易发生脱落，从而造成严重的安全隐患和经济、人员损失。

石墨烯是碳的二维同素异形体，由1-s和2-p轨道杂化产生，形成六边形碳环。在石墨烯中，每个碳原子在经sp2杂化后都具有一个自由电子，这些电子出现在π轨道中。π轨道有助于使电子网络离位，并使高载流子(电子)浓度与大载流子迁移率在室温下耦合。石墨烯的这些独特特性使载流子的局部传导达到近微米尺度，并且其具有优异的机械、耐磨损、耐腐蚀性能，使其成为提高金属热电、机械、耐磨损及耐腐蚀性能的理想添加剂。铜材料在经石墨烯增强后其热电性能、机械性能、耐磨损及耐腐蚀性能都会有明显的提升，但因为石墨烯比表面积大且表面能高，易发生团聚，不利于均匀地分散在铜基体中。

物理气相沉积(PVD)是一种气态沉积工艺，是指在真空条件下采用物理方法将材料源(固体或液体)表面气化成气态原子或分子，或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。该工艺包括真空蒸镀、磁控溅射以及电弧离子镀三大类，所制备的膜层均匀致密，膜层与基体的结合强度高，过程简单无污染，由于与气态原子、分子或离子接触的表面都能实现膜层沉积，PVD对复杂几何表面也具有良好的膜层沉积效果。传统的制备石墨烯-铜复合粉末的方法主要有高速球磨法、化学气相沉积法和化学生长法等，高速球磨法包覆均匀性较差、耗时长且石墨烯与铜颗粒间的结合强度低，球磨后复合粉末在重力作用下易出现分层，化学气相沉积法生产效率极低，难以实现混合粉末的批量制备，化学生长法需要使用多种化学试剂，操作复杂且易造成环境污染。

发明内容

本发明为了解决现有的石墨烯在铜基体中易团聚以及石墨烯-铜复合粉末的制备方法存在均匀性差、效率低、结合强度低和易产生环境污染的问题，提出一种纳米铜包覆石墨烯纳米片增强铜基复合粉末制备方法。

本发明引入了竖直平面磁控溅射技术，利用改进后的磁控溅射颗粒搅拌工件装置，在石墨烯纳米片粉末表面生长出铜，获得铜包覆石墨烯纳米片粉末，可实现石墨烯纳米片粉末几乎全部外表面的铜包覆，使用优化的低能球磨工艺，获得的铜包覆石墨烯纳米片粉末均匀分布于铜粉的复合粉末，有效避免了石墨烯团聚，具有优异的热电、机械、耐磨损、耐腐蚀性能。

本发明纳米铜包覆石墨烯纳米片增强铜基复合粉末的制备方法按照以下步骤进行：

步骤一、利用磁控溅射装置在石墨烯纳米片表面沉积纳米铜膜层，获得纳米铜包覆石墨烯纳米片粉末；