一种铜基烯合金的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种烯合金的制备方法，具体涉及一种铜基烯合金的制备方法。
【背景技术】
[0002] 石墨烯是一种新型二维纳米材料，其纳米片是由sp2杂化碳原子组成的单原子层 厚度的二维材料，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，强度高达1. OlTpa，是结构钢的 100倍，密度却是结构钢的1/5。导热系数高达5300W/m*K，高于碳纳米管和金刚石，常温下 电子迀移率超过200000cm2/V ? S，高于纳米碳管或硅晶体，电阻率只约1 Q ? m，比铜或银更 低，为世上电阻率最小的材料。
[0003] 石墨稀属于纳米级材料，具有表面活性，易与其他材料粒子结合。纳米粒子最主要 的应用是作为其他非纳米材料改性时的填充材料，但很多的纳米粒子制取和保存都相对困 难，石墨烯比较便于大规模制取和保存，因此可以用作其他材料改性时的填充材料。由于石 墨烯的韧性和强度及表面活性，当作为填充材料时，可使石墨烯成为其他基础材料晶粒之 间的隐性焊接材料，在晶粒界面形成链桥效应。基础材料晶粒间通过石墨烯表面活性作用， 形成晶粒界面呈现无缝隙连接的形态。基础材料中的晶粒界面形成无缝隙连接后，在外力 作用时，其晶界滑移现象减少，抗应力能力增加，从而使得被填充的基础材料的强度随着抗 应力能力的提尚而增强。
[0004] 传统工艺方法已很难提高金属材料的强度，使用密度小强度大的石墨烯作为增强 材料，提高金属材料强度的同时还能降低材料的密度。将石墨稀复合到铜、钛、镁等金属材 料中，可以得到轻质高强、兼备导电、导热等功能特性的结构功能一体化的复合材料。
[0005] 2014年05月08日，中航工业航材院的科研人员在国际石墨烯研究领域首创一类 具有优异性能的新型合金材料"烯合金"材料。但石墨烯存在尺寸较小，比表面积大，很难 分散，很容易团聚的问题，严重影响烯合金的性能。目前石墨烯增强金属基复合材料的工艺 均存在产量低的问题，很难形成大规模生产。通过粉末冶金的工艺制备烯合金，包含了"包 套除气"+"热等静压"，包套除气容易产生密封不好漏气现象，使得成品率不高，增加了生产 成本和周期。
【发明内容】
[0006] 为克服现有烯合金存在的上述缺陷，本发明提供了一种制备石墨烯和金属混合粉 体的方法，该方法改进了石墨烯与铜和/或铜合金粉末的混粉工艺，石墨烯纳米片均匀弥 散的分布到铜和/或铜合金基体中。
[0007] 为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：
[0008] -种铜基烯合金的制备方法包括如下步骤：
[0009] a-1)制备石墨烯单分散溶液；
[0010] a-1-l)配置溶液；
[0011] a-1-2)将石墨烯溶入溶液；
[0012] a-1-3)将步骤a-1-2)制备的石墨烯有机溶液放入超声波震荡器中搅拌；
[0013] a-2)将铜和/或铜合金粉体加入到步骤a-1)所得石墨烯单分散溶液；
[0014] a-3)将步骤a-2)所得石墨烯和铜和/或铜合金混合溶液放入球磨罐中球磨20~ 40h ；
[0015] a-4)将步骤a-3)制得的混合溶液于50~60°C和搅拌下烘干；
[0016] b)将步骤a)得到的石墨烯和铜和/或铜合金混合粉体冷压成冷压块；
[0017] c)将步骤b)得到的石墨烯和铜和/或铜合金混合粉体冷压块置于石英管中，将进 行真空除气2~4h至真空度为1. 0X 10 3Pa后将石英管密封；
[0018]d)将石英管置中加热到850~950°C，保温2~4h，随炉冷却；
[0019] e)将烧结成型后的铜基烯合金进行均匀化处理，温度为800~900°C下保温24~ 48h，用吨位200~500t的挤压机以挤压比为15 : 1~20 : 1进行热挤压，得到铜基烯合 金棒材。
[0020] 进一步的，步骤a-2)中铜和/或铜合金粉体的粒径为5~100 y m。
[0021] 进一步的，步骤a-1-l)中配置的有机溶剂的重量为石墨烯的19~191倍；所述有 机溶剂为从乙醇、NMP、聚乙二醇或PVP中选出的一种或多种，所述有机溶剂水溶液中有机 溶剂的质量百分比为20%~100%。
[0022] 进一步的，步骤a-1-3)将步骤a-1-2)制备的石墨烯有机溶液放入超声波震荡器 中进行溶液搅拌的时间多2h。
[0023] 进一步的，步骤a-3)中球磨罐中球料10 : 1~15 : 1，所述球磨机的转速 多300r/min，所述球磨机的磨球为高碳络轴承钢质材料磨球。
[0024]进一步的，步骤a-4)中烘干过程中烘干温度为50~60°C，烘干的同时进行机械搅 拌。
[0025] 进一步的，将步骤g)得到的铜基烯合金铸锭进行均匀化处理，温度为800~850°C 下保温24~48h，用乳钢机乳制成型，得到铜基烯合金板材。
[0026] 进一步的，铜基烯合金包括如下重量百分比的组分：石墨烯0. 1%~5%，铜和/或 铜合金为余量。
[0027] 由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
[0028] 1.本发明的一种铜基烯合金的制备方法，通过高能球磨的方式，通过球磨珠的碰 撞，将石墨烯均匀分散，解决了石墨烯容易团聚不易分散的问题，将石墨烯与铜和/或铜合 金粉末镶嵌到一起，使得石墨稀与铜和/或铜合金粉末粉末均勾的混合。
[0029] 2.本发明的一种铜基稀合金的制备方法，通过高能球磨的将石墨稀镶嵌到铜和/ 或铜合金粉末表面，将石墨烯均匀分散于铜和/或铜合金基体中，实现了石墨烯与铜和/或 铜合金界面的牢固结合，石墨烯与铜和/或铜合金粉末粉末具有良好的结合界面，为石墨 烯与铜和/或铜合金复合材料的性能提供保证。
[0030] 3.本发明的一种铜基烯合金的制备方法，改进了石墨烯与铜和/或铜合金粉末的 混粉工艺，石墨烯纳米片均匀弥散的分布到铜和/或铜合金基体中；采用重熔稀释预制锭 的方法改善了石墨烯与铜合金熔体的润湿性，其在铜合金熔体中均匀分散，经过稀释后的 复合材料由固体重熔成金属液后石墨烯的弥散性优异，无二次团聚现象，重新凝固时石墨 烯的弥散性很强，铸造和锻造性能得到大幅度提高。
[0031] 4.本发明的一种铜基稀合金的制备方法，石墨稀纳米片均勾分布在铜合金基体 中，与基体形成良好的结合界面，且石墨烯纳米片与铜合金基体未发生化学反应，并保留了 原始的纳米片结构。
[0032] 5.本发明的一种铜基烯合金的制备方法，在真空环境下烧结，可避免铜和/或铜 合金氧化和石墨烯变质。
[0033]6.本发明的一种铜基烯合金的制备方法，烧结温度选择850~950°C°C，在铜熔点 以下，有利于石墨烯与铜合金混合粉末成型。
[0034] 7.本发明的一种铜基稀合金的制备方法，通过计算很好控制复合材料中石墨稀的 含量，改进原有铜基烯合金的制备工艺，降低生产周期和成本，工艺操作简单、所需设备简 易、生广效率尚、制造成本低廉、易于实现大规t旲广业化。
【附图说明】
[0035] 图1是本发明实施例2中间步骤制得的石墨烯与铜粉末的扫描电镜（SEM)T