镀铜石墨烯增强金属基复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种镀铜石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，制备方法包含以下步骤:先将氧化石墨烯粉末表面化学法镀铜，制得镀铜石墨烯粉末；将镀铜石墨烯粉末与金属粉末进行球磨混粉，制得镀铜石墨烯/金属混合粉末；采用粉末冶金温压工艺，对镀铜石墨烯/金属混合粉末进行温压成型，烧结，采用挤压、锻压和轧制等工艺进行复合材料加工成型制得。本发明专利技术采用镀铜石墨烯粉末为增强体，制备方法简单，成本较低，可设计性强，得到一种界面结合好，高致密化，具有很好的力学性能和热物理性能的镀铜石墨烯增强金属基复合材料，具有良好的产业化前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复合材料
，具体涉及一种镀铜石墨烯增强金属基复合材料的制备方法。
技术介绍
石墨烯具有碳原子单层原子紧密排列的二维六边形点阵结构，是构成石墨材料的基本单元。自2004年Geim等人发现以来，石墨烯已成为材料学和物理学领域的研究热点。石墨烯特殊结构决定了其优异的热物理性能、电性能和力学性能，其中热导率5000W/(m·℃)，电导率106S/m，极限强度130GPa，拉伸模量1.01TPa，面密度为0.77mg/m2。另外，与一维的碳纳米管相比，二维表面的石墨烯，在制备过程中更易均匀分散，且其表面的褶皱有利于增强体与基体的界面结合。近年来，基于石墨烯增强树脂基复合材料和陶瓷基复合材料的方向取得部分进展，其中一些研究对比了石墨烯和碳纳米管的增强效果，石墨烯的力学性能、导热性、导电性的增强效果远好于碳纳米管。与石墨烯增强树脂基复合材料和陶瓷材料相比，石墨烯增强的金属基复合材料的报道不多，且主要集中石墨烯表面生长贵金属(如Au、Pt、Ag)或金属氧化物，进行光催化、光电及能量储备等功能性研究。对于石墨烯增强金属基块体复合材料的报道很少，由于石墨烯与基体金属间润湿性差，反应活性不高，纳米材料的改性难度比较大，因此获得高质量的石墨烯增强的金属基复合材料工艺难度较大。对于石墨烯增强的金属基复合材料，现有专利（公开号102329976A）“石墨烯增强金属基复合材料的制备方法”，首先将氧化石墨烯分散在片状金属表面，然后还原得到石墨烯/金属复合粉末，进行热压及热挤压等热变形加工。除粉末冶金法之外，专利（公开号104032154A；103938011A）采用放电等离子烧结制备石墨烯/金属基复合体材料。在金属基复合材料中无论载荷传递，还是电子传输，最先解决的问题是增强体和基体的界面结合问题。可见，上述专利所涉及的粉末冶金方法和等离子烧结法，都没有对界面结构进行设计。设计界面结合好的复合材料，可进一步提高金属基复合材料的力学性能和热物理性能。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种镀铜石墨烯增强金属基复合材料的制备方法。本专利技术制备方法简单，成本较低，可设计性强，适合大规模生产。本专利技术采用镀铜石墨烯粉末为增强体，得到一种界面结合好，高致密化，具有很好的力学性能和热物理性能的镀铜石墨烯增强金属基复合材料。本专利技术通过下述技术方案实现:镀铜石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，包含以下步骤:（1）将氧化石墨烯粉末表面化学法镀铜，制得镀铜石墨烯粉末；（2）将镀铜石墨烯粉末与金属粉末进行球磨混粉，制得镀铜石墨烯/金属混合粉末；（3）采用粉末冶金温压工艺，对镀铜石墨烯/金属混合粉末进行温压成型，烧结，采用挤压、锻压和轧制等工艺进行复合材料加工成型，制得界面结合好、高致密度的镀铜石墨烯增强金属基复合材料。本专利技术采用氧化石墨烯粉末作为初始材料，利用氧化石墨烯粉末表面大量的羟基、羧基、环氧基等化学健，减少了化学镀铜过程中石墨烯粉末纯化和氧化的前处理工艺，同时提高石墨烯表面化学镀铜的均匀性。氧化石墨烯粉末表面镀铜的颗粒大小可通过调整镀液化学配比和化学镀时间控制，一般控制在5-100nm之间。在镀铜过程中氧化石墨烯粉末被还原，相对氧化石墨烯粉末，镀铜石墨烯粉末强度提高，电子传输特性改善，导电和导热性能提高。同时，镀铜石墨烯粉末表面的铜颗粒可以与金属基体间形成金属间化合物及金属间结合，改善石墨烯与金属基体间的机械载荷和电子传输，获得更好的的导电、导热等性能。所述的，氧化石墨烯粉末表面化学法镀铜包括以下步骤:（1）敏化:将氧化石墨烯粉末置于敏化液中，超声分散进行敏化，洗涤，干燥，得敏化石墨烯；所述的，敏化液为氯化亚锡溶液；经敏化处理后的氧化石墨烯要用蒸馏水充分清洗，去除敏化液中的氯离子，以避免氯离子在化学镀铜过程中的不利影响。（2）活化:将敏化石墨烯置于活化液中，超声分散进行活化，洗涤，干燥，得活化石墨烯；所述的，活化液为银氨溶液；（3）还原:将活化石墨烯置于还原剂中进行还原，洗涤，干燥，得还原石墨烯；所述的，还原剂为浓度37%的甲醛溶液；（4）化学镀铜:将还原石墨烯置于镀液中进行化学镀铜，将镀铜后的溶液自然沉淀后离心，洗涤、干燥，制得镀铜石墨烯。在化学镀铜过程中，为得到更好的镀铜效果，可采用超声震荡和强力搅拌的方式，以保证碳氧化石墨烯好的分散性。所述的，氯化亚锡溶液是由以下方法制得的:将1-3g氯化亚锡溶于100ml蒸馏水中，制得氯化亚锡溶液。本专利技术通过盐酸溶液调整氯化亚锡溶液的pH值，可抑制亚锡离子的水解和氧化。所述的，银氨溶液是由以下方法制得的:将0.2-0.6g硝酸银溶于100ml蒸馏水中，得硝酸银溶液；在硝酸银溶液中加入0.05-0.1ml氨水，制得银氨溶液。所述的，镀液是由以下方法制得的:将5g-10g五水硫酸铜加入到300ml蒸馏水中，再加入5-8ml浓度为37%的甲醛溶液，配置成A溶液；将3g-8g无水碳酸钠加入到300ml蒸馏水中，然后加入30-50g酒石酸钾钠，配置成B溶液；将A溶液加入B溶液中，混合均匀，制得镀液。所述的，氧化石墨烯粉末为Hummer法制备、具有单层或多层密排六方的石墨结构，厚度小于2nm。所述的，金属粉末为铝、镁、钛、铜、镍、铁及其合金粉中的一种，可采用粉末雾化、球磨等方法制备，粒度为2-100μm。所述的，镀铜石墨烯/金属混合粉末中镀铜石墨烯粉末的质量百分含量为0.1-30wt%；球磨参数:球磨前抽真空，氩气或氮气保护，球料比3:1，转速150-350r/min，球磨时间30-120min。为防止铜的氧化，球磨前球磨罐需抽真空，并冲入氩气或氮气保护。在本专利技术的球磨参数范围内，可很好的控制金属颗粒的形状及镀铜石墨烯与金属混合粉末的分布状态。所述的，温压工艺具体的步骤为:将镀铜石墨烯/金属混合粉末倒入磨具中，振荡器振实，在压力为200-500MPa，温度120-160℃条件下进行温压成型，在氩气保护的管式炉中烧结，烧结温度低于金属粉末熔点60-200℃，制得界面结合好、高致密度的镀铜石墨烯增强金属基复合材料。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点:（1）采用氧化石墨烯粉末为原始材料，利用氧化石墨烯粉末表面大量的化学键，简化了化学镀铜过程中前处理工艺，提高石墨烯粉末表面化学镀铜的均匀性.（2）化学法镀铜可以大范围调整石墨烯表面镀铜颗粒形貌和大小，通过调整石墨烯与金属基体间界面性能来设计石墨烯增强金属基复合材料的力学及热物理性能。（3）石墨烯表面化学镀铜可以改善石墨烯与金属基体间界面润湿性，使石墨烯更好地发挥高致密度、高强度和良好导热性的优点。（4）由于石墨烯表面镀铜，石墨烯与金属基体间好的润湿性，可以减少石墨烯粉末的团聚。（5）温压工艺制备石墨烯增强金属基复合材料，工艺简单，成本较低，适合大规模生产。附图说明图1为实施例1氧化石墨烯的扫描电镜图；图2为本文档来自技高网...

【技术保护点】
镀铜石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包含以下步骤:（1）将氧化石墨烯粉末表面化学法镀铜，制得镀铜石墨烯粉末；（2）将镀铜石墨烯粉末与金属粉末进行球磨混粉，制得镀铜石墨烯/金属混合粉末；（3）采用粉末冶金温压工艺，对镀铜石墨烯/金属混合粉末进行温压成型，烧结，采用挤压、锻压和轧制等工艺进行复合材料加工成型，制得界面结合好、高致密度的镀铜石墨烯增强金属基复合材料；所述氧化石墨烯粉末表面化学法镀铜包括以下步骤:（1）敏化:将氧化石墨烯粉末置于敏化液中，超声分散进行敏化，洗涤，干燥，得敏化石墨烯；所述敏化液为氯化亚锡溶液；（2）活化:将敏化石墨烯置于活化液中，超声分散进行活化，洗涤，干燥，得活化石墨烯；所述活化液为银氨溶液；（3）还原:将活化石墨烯置于还原剂中进行还原，洗涤，干燥，得还原石墨烯；所述还原剂为浓度37%的甲醛溶液；（4）化学镀铜:将还原石墨烯置于镀液中进行化学镀铜，将镀铜后的溶液自然沉淀后离心，洗涤、干燥，制得镀铜石墨烯。

【技术特征摘要】
1.镀铜石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包含以下步骤:
（1）将氧化石墨烯粉末表面化学法镀铜，制得镀铜石墨烯粉末；
（2）将镀铜石墨烯粉末与金属粉末进行球磨混粉，制得镀铜石墨烯/金属混合粉末；
（3）采用粉末冶金温压工艺，对镀铜石墨烯/金属混合粉末进行温压成型，烧结，采用挤压、锻压和轧制等工艺进行复合材料加工成型，制得界面结合好、高致密度的镀铜石墨烯增强金属基复合材料；
所述氧化石墨烯粉末表面化学法镀铜包括以下步骤:
（1）敏化:将氧化石墨烯粉末置于敏化液中，超声分散进行敏化，洗涤，干燥，得敏化石墨烯；
所述敏化液为氯化亚锡溶液；
（2）活化:将敏化石墨烯置于活化液中，超声分散进行活化，洗涤，干燥，得活化石墨烯；
所述活化液为银氨溶液；
（3）还原:将活化石墨烯置于还原剂中进行还原，洗涤，干燥，得还原石墨烯；
所述还原剂为浓度37%的甲醛溶液；
（4）化学镀铜:将还原石墨烯置于镀液中进行化学镀铜，将镀铜后的溶液自然沉淀后离心，洗涤、干燥，制得镀铜石墨烯。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氯化亚锡溶液是由以下方法制得的:将1-3g氯化亚锡溶于100ml蒸馏水中，调节pH值为5，制得氯化亚锡溶液。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述银氨溶液是由以下方法制得的:将0.2-0.6g硝酸银溶于100...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷金凤，
申请(专利权)人：济南大学，
类型：发明
国别省市：山东;37