本發(fā)明涉及導(dǎo)電材料制造領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯銅復(fù)合導(dǎo)體的制備方法。
背景技術(shù)：
石墨/銅復(fù)合材料集石墨良好的接觸潤滑性、低的熱膨脹系數(shù)和低密度以及銅的高電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和良好的延展性為一體，因而具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐磨、耐電弧燒蝕和抗熔焊等性能，廣泛用作各種電焊電極、電器工程開關(guān)的觸頭、發(fā)電機的集電環(huán)、電樞、轉(zhuǎn)子、電力機車受電弓滑板和空架接觸導(dǎo)線等材料。目前國內(nèi)用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)電刷材料:將石墨粉末與銅粉混合、模壓、燒結(jié)而成，其耐磨性和強度由添加瀝青予以調(diào)節(jié)。然而傳統(tǒng)粉末冶金法制備的石墨/銅復(fù)合材料存在以下問題：1）由于石墨與銅的比重相差較大,難以混合均勻,容易出現(xiàn)成分偏析；2）銅和石墨即使在1000℃時潤濕角也高達140°,所以只能靠機械互鎖結(jié)合的石墨/銅界面強度較低，限制了銅—石墨復(fù)合材料應(yīng)用。
石墨烯（Graphene）是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格（honeycomb crystal lattice）排列構(gòu)成的單層平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯目前是世上最薄卻也是最堅硬的納米材料，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和極小的尺寸，是一種很好的銅基復(fù)合材料增強相。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種石墨烯銅復(fù)合導(dǎo)體的制備方法，采用金屬鐵粉與鹽酸復(fù)合的還原體系來還原處理稀濃度的氧化石墨烯水溶液，原料成本低廉，無毒，操作簡單，利于批量生產(chǎn)，采用熔滲方法制備石墨烯/銅復(fù)合材料，銅相呈聯(lián)通結(jié)構(gòu)，對電子傳輸?shù)淖璧K作用減少，電阻率比傳統(tǒng)石墨—電有顯著降低。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種石墨烯銅復(fù)合導(dǎo)體的制備方法，該方法包括如下步驟：
（1）制備石墨烯
將250g天然石墨和由4.5L濃硫酸和0.5L濃磷酸組成的5L混酸混合于反應(yīng)釜內(nèi)并用電控磁力攪拌器攪拌均勻，在低于20℃的情況下緩慢加入500g高錳酸鉀；之后，密封反應(yīng)釜并升溫至85-90℃反應(yīng)2-3小時，將產(chǎn)物從反應(yīng)釜下端取出，稀釋成40L溶液，加入0.6L雙氧水得亮黃色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替離心洗滌，至溶液pH=5-6，去除雜質(zhì)離子；最后，超聲分散氧化石墨，配置出一定濃度的氧化石墨烯溶液；
將2L的0.5mg/mL 氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜內(nèi)，在磁力攪拌下加入12-36g鐵粉和0.8-1.8L的濃鹽酸，75-90℃反應(yīng)4-5小時；然后靜置，用鹽酸抽濾洗滌除去殘留的鐵粉，再水洗抽濾除酸；最后冷凍干燥，研磨過篩得石墨烯粉末；
（2）稱取上述石墨烯粉末、銅粉和鋯粉配置成混合粉末，充分攪拌混合，壓實并密封，再用壓力機壓制成預(yù)制塊；
將預(yù)制塊置于真空爐中，抽真空后升溫至保溫溫度保溫，真空爐的真空度為1~20Pa，保溫溫度為1250~1300℃，保溫時間50~100分鐘；
保溫結(jié)束后，將爐溫降至室溫，從爐中取出，得到復(fù)合銅導(dǎo)電材料。
優(yōu)選的，所述混合粉末中鋯粉的質(zhì)量分數(shù)為8%~10%，石墨烯粉末的質(zhì)量分數(shù)為5%~10%。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，采用金屬鐵粉與鹽酸復(fù)合的還原體系來還原處理稀濃度的氧化石墨烯水溶液，原料成本低廉，無毒，操作簡單，利于批量生產(chǎn)，采用熔滲方法制備石墨烯/銅復(fù)合材料，銅相呈聯(lián)通結(jié)構(gòu)，對電子傳輸?shù)淖璧K作用減少，電阻率比傳統(tǒng)石墨—電有顯著降低。
具體實施方式
實施例一
將250g天然石墨和由4.5L濃硫酸和0.5L濃磷酸組成的5L混酸混合于反應(yīng)釜內(nèi)并用電控磁力攪拌器攪拌均勻，在低于20℃的情況下緩慢加入500g高錳酸鉀；之后，密封反應(yīng)釜并升溫至85℃反應(yīng)2-3小時，將產(chǎn)物從反應(yīng)釜下端取出，稀釋成40L溶液，加入0.6L雙氧水得亮黃色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替離心洗滌，至溶液pH=5-6，去除雜質(zhì)離子；最后，超聲分散氧化石墨，配置出一定濃度的氧化石墨烯溶液；
將2L的0.5mg/mL 氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜內(nèi)，在磁力攪拌下加入12g鐵粉和0.8L的濃鹽酸，75℃反應(yīng)4小時；然后靜置，用鹽酸抽濾洗滌除去殘留的鐵粉，再水洗抽濾除酸；最后冷凍干燥，研磨過篩得石墨烯粉末；鐵粉純度>99.0%，濃鹽酸的質(zhì)量分數(shù)濃度為36%。
將純鈦或鈦合金材料作退火處理，并對其表面進行堿液清洗和清水清洗，清洗后涼干或烘干；將純鈦或鈦合金粉末與上述石墨烯粉末按一定的比例進行充分混合、攪拌均勻；用上述處理過的純鈦或鈦合金材料包覆混合粉末，壓實并密封，再用壓力機壓制成預(yù)制塊；將所得預(yù)制塊軋制成最終成品。
稱取上述石墨烯粉末、銅粉和鋯粉配置成混合粉末，充分攪拌混合，壓實并密封，再用壓力機壓制成預(yù)制塊。所述混合粉末中鋯粉的質(zhì)量分數(shù)為8%，石墨烯粉末的質(zhì)量分數(shù)為5%。
將預(yù)制塊置于真空爐中，抽真空后升溫至保溫溫度保溫，真空爐的真空度為1Pa，保溫溫度為1250℃，保溫時間50分鐘；保溫結(jié)束后，將爐溫降至室溫，從爐中取出，得到復(fù)合銅導(dǎo)電材料。
實施例二
將250g天然石墨和由4.5L濃硫酸和0.5L濃磷酸組成的5L混酸混合于反應(yīng)釜內(nèi)并用電控磁力攪拌器攪拌均勻，在低于20℃的情況下緩慢加入500g高錳酸鉀；之后，密封反應(yīng)釜并升溫至90℃反應(yīng)3小時，將產(chǎn)物從反應(yīng)釜下端取出，稀釋成40L溶液，加入0.6L雙氧水得亮黃色氧化石墨溶液；然后，用酸和水交替離心洗滌，至溶液pH=5-6，去除雜質(zhì)離子；最后，超聲分散氧化石墨，配置出一定濃度的氧化石墨烯溶液；
將2L的0.5mg/mL 氧化石墨烯溶液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜內(nèi)，在磁力攪拌下加入36g鐵粉和1.8L的濃鹽酸， 90℃反應(yīng)5小時；然后靜置，用鹽酸抽濾洗滌除去殘留的鐵粉，再水洗抽濾除酸；最后冷凍干燥，研磨過篩得石墨烯粉末；鐵粉純度>99.0%，濃鹽酸的質(zhì)量分數(shù)濃度為36%。
稱取上述石墨烯粉末、銅粉和鋯粉配置成混合粉末，充分攪拌混合，壓實并密封，再用壓力機壓制成預(yù)制塊。所述混合粉末中鋯粉的質(zhì)量分數(shù)為10%，石墨烯粉末的質(zhì)量分數(shù)為10%。
將預(yù)制塊置于真空爐中，抽真空后升溫至保溫溫度保溫，真空爐的真空度為20Pa，保溫溫度為1300℃，保溫時間100分鐘；保溫結(jié)束后，將爐溫降至室溫，從爐中取出，得到復(fù)合銅導(dǎo)電材料。