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传统的铜基复合材料主要以铜为基体,以纤维、晶须、颗粒等为增强体相复合而成。在铜基复合材料中,添加氧化物可强化铜基体弥散,但会大幅降低铜合金的导电性和导热性;以碳纳米管作为增强体,其制备难度和条件要求较高,并且碳纳米管和铜基体的界面结合状态有待进一步提高。因此,选用新型增强体是制备具有高导电、强耐磨性能的新型铜基合金的有效措施。石墨烯的发现为铜基复合材料的改性提供了新的思路和方法。采用石墨烯作为第二相与铜形成复合材料,有望获得超高导电或超高散热效能的铜基复合材料。下文介绍了一些具有代表性的国内外专利技术。
Phoenix Materials Co.在专利KR101476612B1中提供了一种表面涂覆有多层石墨烯和/或纳米石墨层的金属粉末。所述金属粉末含有选自Cu、Al、Cr、Mo、W、Zn、Ag、Ni、Fe、Co中的一种或两种以上的组分。所述多层石墨烯或纳米石墨层通过600℃至950℃的高温化学气相沉积形成,所述高温化学气相沉积方法使用选自甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、丙烷(C3H8)、丁烷(C4H10)、乙烯(C2H4)和丙烯(C3H6)中的至少一种碳氢化合物气体。
Research & Business Foundation Sungkyunkwan University在专利KR101705943B1中公开了一种制造复合粉末的方法及通过该方法制备的复合粉末。所述制备复合粉末的方法包括:用碳基材料涂覆金属丝;以及将涂覆有碳基材料的金属丝在溶液中进行电爆处理的步骤。其中,通过电爆生产复合粉末的方法产生涂覆有多层石墨烯的金属粉末。所述金属丝由铜、镍、铝、铁、金、银、不锈钢、锡、锌、钛、钽或它们的混合物组成的合金制成。
Dains Co.申请公开的专利KR1020180004964A揭示了一种石墨烯抗氧化涂层纳米铜电极的制造方法。根据该发明的一个实施例,所述石墨烯抗氧化涂层纳米铜电极的制造方法包括以下步骤:印刷铜粉油墨;将印刷后的铜粉油墨烧结成铜粉电极;在铜粉电极上涂覆有机材料;对涂覆有机材料的铜粉电极施加光能形成石墨烯薄膜。
中国科学院电工研究所在专利CN112981159B中提出了一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法。该方法先将铜粉与有机金属碳源进行混合,制备铜粉与有机金属碳源复合粉末,然后利用热压烧结法或放电等离子烧结法将上述复合粉末烧结成型,得到三维石墨烯/碳化物或氧化物共同增强的铜基复合材料。该发明方法制备的石墨烯在烧结制备过程中由铜基体原位内生,分散性好,与基体紧密结合;与此同时,原位生成的碳化物及氧化物进一步增强界面结合强度,提升材料的综合性能。实施例中:将9g铜粉与1g硬脂酸镁在球磨机中氩气氛围下以200r/min的速度球磨1h,得到铜/硬脂酸镁复合粉末。将球磨后的混合粉末置于模具中进行放电等离子烧结,真空度1×10-3Pa,加热速率20℃/min,热压烧结温度900℃,加热过程中缓慢施加压力至100MPa,保压时间30min,然后随炉冷却,得到石墨烯协同氧化镁增强的铜基复合材料。
苏州格瑞丰纳米科技有限公司在专利CN103192072B中公开了一种薄层石墨烯/金属粉体复合结构材料、其制备方法及应用。该复合结构材料包括薄层石墨烯搭桥并包覆的金属粉体,其制备工艺包括:取过渡金属粉体或还原的过渡金属粉体与薄层石墨烯混合,再通过化学气相沉积在过渡金属粉体表面生长包覆薄层石墨烯,获得薄层石墨烯搭桥并包覆的金属粉体;或者通过化学气相沉积在过渡金属粉体表面生长薄层石墨烯,而后再与薄层石墨烯复合获得目标产物。所述过渡金属包括Fe、Cu、Co、Ni、Pt或Ru等过渡金属。
参考文献
1. Phoenix Materials Co. Metal powders coated with multilayer graphene and/or nano graphite layer. KR101476612B1(申请日:2012.11.19;授权公告日:2014.12.19)
2. Research & Business Foundation Sungkyunkwan University. Method of manufacturing multilayer graphene coated composite powders by wire explosion. KR101705943B1(申请日:2014.04.08;授权公告日:2017.02.22)
3. Dains Co. A manufacturing process of graphene anti-oxide layer coated nano copper electrode. KR1020180004964A(申请日:2016.07.05;公开日:2018.01.15)
4. 中国科学院电工研究所. 一种石墨烯增强铜基复合材料的制备方法. CN112981159B(申请日:2021.02.09;授权公告日:2022.03.22)
5. 苏州格瑞丰纳米科技有限公司. 薄层石墨烯/金属粉体复合结构材料、其制备方法及应用. CN103192072B(申请日:2013.03.19;授权公告日:2016.01.20)