本發(fā)明涉及銅基復(fù)合材料，具體而言，涉及一種高強(qiáng)高導(dǎo)石墨烯鍍銅-鋁基復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鋁是地殼中含量最高的金屬元素，純鋁具有密度小、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱、耐蝕、可加工等特性。基于以上優(yōu)點(diǎn)，純鋁或鋁合金被廣泛應(yīng)用于如電工領(lǐng)域中的鋁線、電纜等，建筑行業(yè)中的面板、門(mén)窗等，汽車(chē)行業(yè)中的外殼、沖壓件等。但隨著高性能材料的不斷發(fā)展，對(duì)鋁或鋁合金的要求日益提高，尤其是在導(dǎo)電及力學(xué)性能的領(lǐng)域，鋁的導(dǎo)電率僅次于銀和銅。

2、目前，很多復(fù)合材料針對(duì)力學(xué)性能或?qū)щ娦阅芫胁煌闹苽浞桨福绕涫菍?duì)于力學(xué)性能來(lái)講，各種各樣的強(qiáng)化相層出不窮。但對(duì)于提升導(dǎo)電性的報(bào)道相對(duì)較少，而近年來(lái)高品質(zhì)石墨烯出現(xiàn)，石墨烯不僅有優(yōu)異的電學(xué)性能和完美的結(jié)構(gòu)，其他方面也表現(xiàn)出奇特的性能，如突出的導(dǎo)熱性，高度的透光性，超常的強(qiáng)度等，這使得石墨烯成為新一代的金屬增強(qiáng)相，使得復(fù)合材料的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能同時(shí)提升成為了可能。因此，本發(fā)明通過(guò)對(duì)石墨烯的改性，很大程度的解決了石墨烯作為增強(qiáng)相在金屬中易團(tuán)聚的現(xiàn)象，并且改善了與金屬的浸潤(rùn)性差的問(wèn)題，得到了一種力學(xué)性能和導(dǎo)電性能同時(shí)提升的鋁基復(fù)合材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種納米銅修飾的還原氧化石墨烯粉的制備方法，包括:

2、s1：將還原氧化石墨烯分散液和氯化銅溶液混合均勻，得到混合液a；

3、s2：采用還原劑對(duì)所述混合液a還原，得到混合液b；

4、s3：調(diào)節(jié)所述混合液b的ph至8-9，得到混合液c；

5、s4：采用堿性溶液滴定所述混合液c至顏色呈紅色，靜置過(guò)濾得到沉淀d；

6、s5：將所述沉淀d洗滌至上層清液為ph中性,烘干得到沉淀e；

7、s6：在惰性氣氛中對(duì)所述沉淀e進(jìn)行燒結(jié)，得到納米銅修飾的還原氧化石墨烯粉。

8、進(jìn)一步的，所述還原氧化石墨烯分散液的制備方法為：將所述還原氧化石墨烯、聚乙二醇與水充分混合均勻；

9、優(yōu)選的，所述還原氧化石墨烯中碳與聚乙二醇的質(zhì)量比為1：(3-8)，進(jìn)一步優(yōu)選為1：4；

10、優(yōu)選的，所述混合方式為超聲分散，時(shí)間為1-3h，優(yōu)選2h。

11、進(jìn)一步的，所述氯化銅溶液的制備方法為：將二水合氯化銅與水充分混合均勻；優(yōu)選的，所述還原氧化石墨烯中碳與二水合氯化銅中銅的質(zhì)量比為1：(5-20)，進(jìn)一步優(yōu)選為1：10。

12、進(jìn)一步的，在步驟s1中，所述混合的過(guò)程中，采用機(jī)械攪拌或電磁攪拌的方式進(jìn)行混合；

13、優(yōu)選的，所述混合的溫度為20-50℃，進(jìn)一步優(yōu)選為25-40℃；

14、優(yōu)選的，所述混合的時(shí)間為5-60min，進(jìn)一步優(yōu)選為10-40min。

15、和/或，在步驟s2中，所述還原劑為水合肼、硼氫化鈉、硼氫化鋰的一種或多種；優(yōu)選的，所述還原劑為水合肼；

16、優(yōu)選的，所述二水合氯化銅中銅與水合肼的質(zhì)量比為1：(5-20)，進(jìn)一步優(yōu)選為1：8；

17、優(yōu)選的，所述還原過(guò)程中，溶液溫度為20-50℃，進(jìn)一步優(yōu)選為25-40℃；

18、和/或，在步驟s3中，使用氨水，調(diào)節(jié)ph；

19、和/或，在步驟s4中，堿性溶液為氫氧化鈉溶液。

20、進(jìn)一步的，在步驟s5中，所述烘干采用真空干燥箱；

21、優(yōu)選的，所述烘干溫度為70-90℃；進(jìn)一步優(yōu)選75-85℃；

22、優(yōu)選的，所述烘干時(shí)間為20-40h，進(jìn)一步優(yōu)選25-35h。

23、和/或，在步驟s6中，所述燒結(jié)溫度為200～350℃；進(jìn)一步優(yōu)選250-300℃；

24、優(yōu)選的，所述燒結(jié)的時(shí)間為30-60min；進(jìn)一步優(yōu)選40-50min；

25、優(yōu)選的，所述惰性環(huán)境的氣體為氮?dú)饣驓鍤猓?/p>

26、優(yōu)選的，燒結(jié)前，將沉淀e研磨成粉。

27、本發(fā)明還公開(kāi)一種納米銅修飾的還原氧化石墨烯粉,由上述方法制備得到，所述納米銅修飾的還原氧化石墨烯粉中c與cu的質(zhì)量比為1：(5-20)，優(yōu)選1：(10-15)。

28、進(jìn)一步的，包括：

29、(1)將所述的納米銅修飾的還原氧化石墨烯粉與鋁粉混合均勻；

30、(2)將所述步驟(1)所述的混合粉裝入成型模具中，燒結(jié)成型，得到復(fù)合材料。進(jìn)一步的，采用球磨混合的方式進(jìn)行混合；

31、優(yōu)選的，所述球磨混合的方式為：順時(shí)針或逆時(shí)針球磨5min，停15min，且方向不變，重復(fù)上述操作；

32、優(yōu)選的，所述有效球磨時(shí)間為60-180min，優(yōu)選為90-150min；

33、優(yōu)選的，所述球磨混合的研磨球直徑為2-7mm，優(yōu)選為3-6mm；

34、優(yōu)選的，所述研球磨混合的磨球與所述納米銅修飾的還原氧化石墨烯粉、鋁粉的混合粉末的質(zhì)量比為(3-7)：1，優(yōu)選為(4-5)：1；

35、優(yōu)選的，所述球磨混合的轉(zhuǎn)速為200-400r/min，優(yōu)選為250-350r/min；

36、優(yōu)選的，所述燒結(jié)采用sps燒結(jié)；

37、優(yōu)選的，所述鋁粉鋁粉為純鋁粉或合金鋁粉；其中，合金鋁粉為2024鋁粉或6061鋁粉；

38、優(yōu)選的，所述鋁粉的直徑為27-50μm，進(jìn)一步優(yōu)選為40μm。

39、進(jìn)一步的，在步驟(2)中，所述sps燒結(jié)成型的成型壓力為5-40mpa，進(jìn)一步優(yōu)選為25mpa；

40、優(yōu)選的，所述燒結(jié)成型的成型溫度為570℃～620℃，進(jìn)一步優(yōu)選為590℃；

41、優(yōu)選的，所述燒結(jié)成型的成型時(shí)間為30-90min，進(jìn)一步優(yōu)選為40min。

42、本發(fā)明還公開(kāi)一種高強(qiáng)高導(dǎo)石墨烯鍍銅-鋁基復(fù)合材料，由所述制備方法制備得到；

43、所述復(fù)合材料中還原氧化石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05-0.4wt％，所述納米銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5-4wt％，剩余為鋁；

44、優(yōu)選的，所述復(fù)合材料中還原氧化石墨烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3wt％，所述納米銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5wt％，剩余為鋁基體。

45、本發(fā)明的發(fā)明原理為：在水性環(huán)境下，通過(guò)強(qiáng)還原劑還原出化合物中的納米銅單質(zhì)，通過(guò)告訴攪拌+沉降的方式使納米銅與還原氧化石墨烯自組裝，形成增強(qiáng)相粉體；由于還原氧化石墨烯與金屬?zèng)]有很好的見(jiàn)面相容性，因此在還原氧化石墨烯表面引入納米銅來(lái)增強(qiáng)與銅基體的相容性，同時(shí)使原來(lái)的還原氧化石墨烯比重變大，更有利于后續(xù)的球磨均勻分散，從而達(dá)到力學(xué)性能的提升，而還原氧化石墨烯的導(dǎo)電性優(yōu)異，在均勻混合的前提下可以提升鋁基體的導(dǎo)電性。

46、而后，采用球磨工藝對(duì)納米銅修飾石墨烯粉體和鋁粉混合，球磨工藝采用了往復(fù)間隙式球磨，在充分球磨的前提下保證了鋁粉在高能球磨的過(guò)程中不會(huì)發(fā)生冷焊，保證了混合粉體的穩(wěn)定性。最后采用熱壓燒結(jié)的方式來(lái)將納米銅修飾石墨烯粉體和鋁粉燒結(jié)制備納米銅修飾石墨烯增強(qiáng)增導(dǎo)鋁基復(fù)合材料，有效解決了復(fù)合材料的成型和致密性的問(wèn)題，提高石墨烯與鋁基體之間的結(jié)合和致密度，納米銅修飾還原氧化石墨烯的均勻分散有助于復(fù)合材料力學(xué)性能和導(dǎo)電性能的綜合提升。

47、通過(guò)本發(fā)明中的方法制備得到的高強(qiáng)高導(dǎo)石墨烯鍍銅-鋁基復(fù)合材料，有益效果如下：

48、(1)高導(dǎo)電性能：石墨烯具有出色的電子傳導(dǎo)性能。通過(guò)對(duì)石墨烯鍍銅后與鋁粉結(jié)合，可以顯著提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。高導(dǎo)電性能使得復(fù)合鋁材擁有更多的使用場(chǎng)景。

49、(2)機(jī)械強(qiáng)度提升：石墨烯作為納米增強(qiáng)相，通過(guò)納米銅的修飾使其在基體中均勻分散，克服了石墨烯與鋁基體之間潤(rùn)濕性差的問(wèn)題，提高了最終制備的復(fù)合材料的機(jī)械性能，可以更好的適用于各種復(fù)雜使用場(chǎng)景。

50、(3)本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單可控，且重復(fù)性好，所需設(shè)備產(chǎn)能較高，低成本、低能耗，適用于大規(guī)模的批量生產(chǎn)。