石墨烯负载铜增强铜基块体复合材料制备及其性能

作者：冯俊俊; 张会; 李亚鹏; 段瑾瑜; 刘禹; 蒲卓林

来源：复合材料学报, 2022, 1-16.

DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20220307.003

• 石墨烯负载铜
• 铜基复合材料
• 化学还原法
• 增强
• 导电率

石墨烯具有独特的二维结构及性能已成为金属基复合材料制备过程中理想的增强相备选材料之一。而铜因具有良好的导热性、导电性和化学稳定性已被广泛应用到电子产品中，但其存在机械强度、硬度低等缺点成为其应用亟需解决的瓶颈问题。目前，将石墨烯和铜基材料进行结合，虽然在一定程度上可以改善铜基材料的的综合性能。但由于石墨烯易产生团聚，石墨烯与铜之间的润湿性差，使其两者难以形成良好的界面结合，进而导致复合材料的性能变差。因此，为了解决上述问题，本文通过化学还原法在石墨烯上负载铜粒子对石墨烯进行改性处理，成功制备了石墨烯负载铜复合粉体(Cu-rGO)，并将其作为增强相，与纳米铜粉混合，运用放电等离子烧结(SPS)工艺制备了石墨烯负载铜增强铜基块体复合材料(Cu-rGO/Cu)，研究Cu-rGO复合粉体含量对铜基体组织和性能的影响。研究发现，在50 mg氧化石墨烯(GO)和200 mg硫酸铜(CuSO_(4)·5H_(2)O)时，获得Cu-rGO复合粉体中还原氧化石墨烯较薄且分布均匀。同时结合TEM结构分析发现铜基体与增强相接触界面紧密，且增强相的引入可以有效地细化块体复合材料的晶粒。另外，随着增强相含量的递增，硬度呈现先增加后减小，尤其在含量为2wt%时，硬度提高17.6%。但其导电率和致密度呈现出下降趋势，可能是因为还原过程中，氧化石墨烯中含氧官能团没有彻底还原，同时也有可能是因为石墨烯因有缺陷的产生和团聚现象造成的。

• 单位
  陕西理工大学; 材料科学与工程学院