石墨烯增强铜基复合材料制备工艺及性能研究进展 (石墨烯增韧)

摘要

铜是一种常用的金属材料，但由于其强度较低，其应用范围受到限制。石墨烯具有优异的综合性能，作为一种极具潜力的增强体而受到广泛关注。石墨烯增强铜基复合材料兼具了铜和石墨烯的优良性能，因此成为了重要的研究对象。本文介绍了石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺与综合性能，重点讨论了各种制备工艺的特点、强化机制、构型设计，总结了针对复合界面结合弱与石墨烯分散困难这2类主要技术难点的解决途径，最后对石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺进行了展望。

1 制备工艺

1.1 粉末冶金法

粉末冶金法是一种通过将石墨烯粉与铜粉混合，然后经过压制与烧结进行致密化而获得石墨烯增强铜基复合材料的方法。该方法原理如图1所示。SALVO等通过球磨将石墨烯纳米片(GNSs)与铜粉混合，再通过真空热压烧结制备了GNSs/Cu复合材料。在球磨过程中，石墨烯的润滑作用使得铜粉冷焊倾向减小，粉末颗粒形状趋于扁平细小，烧结后石墨烯分布于铜基体晶界处。在一定烧结压力下适当降低烧结温度有利于提高复合材料的力学性能和导电性。

充分混料并烧结后制备的块体复合材料可通过塑性变形加工，进一步降低复合材料孔隙率，实现完全致密化，改善增强体分布状况并细化晶粒。WANG等采用片状粉末冶金工艺与轧制变形相结合的方法制备出GNSs/Cu复合材料带材，发现片状粉末冶金工艺墨烯在基体中分布更为均匀，并且得到的复合粉体粒径更小，因此复合材料的力学性能显著提升。YANG等研究发现，溶液酸碱度与温度能够很大程度影响复合粉体的微观结构，铜在酸性环境下以片状Cu2(OH)3的形式存在，在碱性环境时生成Cu(OH)2以及CuO纳米纤维，在低温高剪切的作用下不稳定的片状复合微板开始堆叠组装形成微层结构，所制备的复合材料抗拉强度高达748MPa。

综上，分子级水平混合法可使石墨烯在溶液中具有良好的分散性，所制备出的复合材料界面结合强度较高。

1.3 化学气相沉积法

化学气相沉积法是以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或甲烷等含碳有机物为碳源，在一定反应条件下直接在基体金属表面生成石墨烯从而得到复合粉体或石墨烯薄膜，再经烧结制得复合材料的工艺，其原理如图3所示。WANG等采用化学气相沉积法以甲烷为碳源在铜粉表面生长石墨烯，该工艺下石墨烯可将铜粉完全覆盖，有效防止

参考文献

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