铜碳复合材料及其制备方法、用途与导电制品技术

本申请提供了一种铜碳复合材料及其制备方法、用途与导电制品。该铜碳复合材料包括铜基体、碳材料以及能够与所述碳材料发生合金化的中间元素，所述碳材料分散于所述铜基体的铜晶粒之间，所述铜碳复合材料的致密度为99.9％，所述铜碳复合材料的导电率≥105％IACS。该铜碳复合材料具有高密度以及高导电率的特点。的特点。的特点。

【技术实现步骤摘要】
铜碳复合材料及其制备方法、用途与导电制品


[0001]本申请涉及一种导电材料，具体涉及一种铜碳复合材料及其制备方法、用途与导电制品。

技术介绍

[0002]铜材料在电力电子行业已获得广泛应用。但随着电子器件等功率密度的逐渐提高，对材料的导电性提出了越来越高的要求。由于材料的导电性与电子迁移速度正相关，提高电子在铜中的整体迁移速度是进一步提高铜的导电性的重要途径。室温下，碳纳米管和石墨烯等碳材料中电子迁移率可高达2
×
105cm2/(V
·
s)，铜的电子迁移率大约为50cm2/(V
·
s)。但是，碳材料内部的载流子浓度远低于铜，大约相差三个数量级，这就导致碳材料单独作为导体使用时导电率欠佳。基于此，如果实现铜中的高浓度电子在碳材料中传输，将大幅提高铜材料的导电率。现有对铜和碳进行复合的方法中，由于铜和碳两者的材料性能差异较大，无法利用熔融铸造方法进行复合，一般采用化学气相沉积后叠层热压或粉末冶金的方法进行复合。然而，利用化学气相沉积后叠层热压获得的铜碳复合材料，碳层一般在铜箔的表面，需要多层压合才能实现高导电率；且该方法获得的铜碳复合材料一般为片状结构，应用范围受限。利用粉末冶金方法获得的铜碳复合材料，其密度较低，很难获得较高的导电率。因此，目前还无法获得一种铜和碳材料分散融合的高密度以及高导电率的铜碳复合材料。

技术实现思路

[0003]本申请提供了一种铜碳复合材料及其制备方法、用途与导电制品，以获得一种高密度以及高导电率的铜碳复合材料。
[0004]第一方面，本申请提供一种铜碳复合材料，该铜碳复合材料包括铜基体、碳材料以及能够与所述碳材料发生合金化的中间元素，所述碳材料分散于所述铜基体的铜晶粒之间，所述铜碳复合材料的致密度可以达到99.9％，所述铜碳复合材料的导电率≥105％IACS。
[0005]本申请的铜碳复合材料，包括铜基体、碳材料和中间元素，中间元素为能够与碳材料发生合金化的元素，由于中间元素的存在，碳材料的部分表面可先与中间元素发生合金化反应，以在制备过程中增加碳材料与铜的浸润性，提高碳材料在铜基体中的分散性。本申请的铜碳复合材料可通过熔融铸造获得，因此，其密度较高，致密度可达99.9％，且具有较高的导电率，导电率可≥105％IACS，有的可达110％IACS。其中，标准退火纯铜的导电率为100％IACS。
[0006]在一种可选的实现方式中，所述碳材料在所述铜碳复合材料中的质量占比为0.5～2％。由于碳材料的密度较轻，要远低于铜的密度，因此，当铜碳复合材料中碳材料的质量占比在0.5～2％范围内时，可显著提高碳材料在铜中的分散密度，进而可提高铜碳复合材料的导电率。
[0007]在一种可选的实现方式中，所述碳材料包括碳纳米管、碳粉、石墨粉、石墨烯或碳纤维中的至少一种。
[0008]在一种可选的实现方式中，所述中间元素在所述铜碳复合材料中的质量占比为0.5～1.2％。通过控制中间元素的添加量，可有助于碳材料在铜碳复合材料中均匀分散，且不会影响铜碳复合材料的导电率。
[0009]在一种可选的实现方式中，所述中间元素在所述铜中的固溶度小于等于1％。通过选用在铜中的室温固溶度小于1％的元素作为中间元素，可避免中间元素与铜形成合金，影响铜碳复合材料的导电率。其中，室温固溶度为25
±
5℃下的固溶度。
[0010]在一种可选的实现方式中，所述中间元素包括铬、锆、钛、钙或铁中的至少一种。在一种可选的实现方式中，所述中间元素包括铬，所述铬在所述铜碳复合材料中的质量占比为0.3～0.5％。在一种可选的实现方式中，所述中间元素包括锆，所述锆在所述铜碳复合材料中的质量占比为0.1～0.2％。在一种可选的实现方式中，所述中间元素包括钛，所述钛在所述铜碳复合材料中的质量占比为0.1～0.2％。在一种可选的实现方式中，所述中间元素包括钙，所述钛在所述铜碳复合材料中的质量占比为0.1～0.15％。
[0011]第二方面，本申请提供一种第一方面的铜碳复合材料的制备方法，该制备方法包括以下步骤：对铜源和中间元素源物质进行真空熔融获得熔融液；将铜源包覆的碳材料或中间元素源物质包覆的碳材料置于所述熔融液中，经冷却后得到铸锭；所述铸锭经退火和热处理后得到所述铜碳复合材料。
[0012]本申请的制备方法，先通过获得铜和中间合金的熔融液，然后在熔融液中加入碳材料，由于碳材料可与中间元素源物质的中间元素发生合金化反应，因此，碳材料在加入熔融液后，其部分表面与中间元素接触后会首先与中间元素结合，形成部分合金化的碳复合体，该碳复合体在中间元素的作用下，可就有较大的密度，从而可增大与铜液之间的浸润性，使碳材料能够分散于铜液中，进而实现铜碳复合材料的熔融铸造。相较于粉末冶金或电沉积方法获得铜碳复合材料，利用熔融铸造方法获得铜碳复合材料，可具有更高的密度，进而可使铜碳复合材料具有更高的导电率。本申请的制备方法由于为熔融铸造法，因此，可与铜的产业化方法相融合，以实现大规模量产。
[0013]在一种可选的实现方式中，所述真空熔炼的温度为1400～1600℃。
[0014]在一种可选的实现方式中，所述退火的温度为900～1000℃，所述退火的时间为20～30h。
[0015]在一种可选的实现方式中，所述热处理的温度为400～600℃，所述热处理的时间为3～5h，所述热处理的气氛为氢气气氛。
[0016]其中，本申请上述各可能实现方式中的数据，例如铜碳复合材料的密度、导电率、碳材料的质量占比、中间元素的质量占比、铜碳复合材料在制备过程中的各种温度以及时间等数据，在测量时，工程测量误差范围内的数值均应理解为在本申请所限定的范围内。
[0017]第三方面，本申请提供一种铜碳复合材料的用途，其可用于制备导电制品。其中，导电制品例如可为电感、绕组、电路板、天线等部件。
[0018]第四方面，本申请提供一种导电制品，该导电制品可利用本申请第一方面的铜碳复合材料制作形成。该导电制品包括但不限于电感、电线、绕组、电路板或天线等部件。
[0019]本申请第三方面至第四方面可以达到的技术效果，可以参照上述第一方面中的相
应效果描述，这里不再重复赘述。
附图说明
[0020]图1为实施例1的铜碳复合材料的微观形貌图。
具体实施方式
[0021]为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。
[0022]以下实施例中所使用的术语只是为了描述特定实施例的目的，而并非旨在作为对本申请的限制。如在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的那样，单数表达形式“一个”、“一种”、“所述”、“上述”、“该”和“这一”旨在也包括例如“一个或多个”这种表达形式，除非其上下文中明确地有相反指示。
[0023]在本说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜碳复合材料，其特征在于，包括铜基体、碳材料以及能够与所述碳材料发生合金化的中间元素，所述碳材料分散于所述铜基体的铜晶粒之间，所述铜碳复合材料的致密度为99.9％，所述铜碳复合材料的导电率≥105％IACS。2.根据权利要求1所述的铜碳复合材料，其特征在于，所述碳材料在所述铜碳复合材料中的质量占比为0.5～2％。3.根据权利要求1所述的铜碳复合材料，其特征在于，所述中间元素在所述铜碳复合材料中的质量占比为0.5～1.2％。4.根据权利要求3所述的铜碳复合材料，其特征在于，所述中间元素在所述铜基体中的室温固溶度小于等于1％。5.根据权利要求3所述的铜碳复合材料，其特征在于，所述中间元素包括铬、锆、钛、钙或铁中的至少一种。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的铜碳复合材料，其特征在于，所述中间元素包括铬，所述铬在所述铜碳复合材料中的质量占比为0.3～0.5％。7.根据权利要求1
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6任一项所述的铜碳复合材料，其特征在于，所述中间元素包括锆，所述锆在所述铜碳复合材料中的质量占比为0.1～0.2％。8.根据权利要求1
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7任一项所述的铜碳复合材料，其特征在于，所述中间元素包括钛，所述钛在所述铜碳复合材料中的质量占比为0.1～0.2％。9.根据权利要求1
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8任一项所述的铜碳复合材料，其特征在于，所述中间元素包括钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：王子京，于翔宇，王志成，蒋招汉，景遐明，龚深，肖尧，
申请(专利权)人：华为数字能源技术有限公司，
类型：发明
国别省市：